国六标准下技术路线升级 内燃机技术革新将再提速

“满足下一阶段排放标准已无相关国际经验可以借鉴，未来面临更多不确定性。结合中国实际情况，如碳中和目标，我国将进一步加严机动车排放控制要求，也会更加关注整车在实际道路运行状态下的排放特点。这对我们的产品满足下一阶段排放标准提出更高要求，增加了开发难度，带来一些难题。”

做好碳达峰、碳中和工作是中央经济工作会议明确的2021年八大重点任务。今年政府工作报告也提出，“扎实做好碳达峰、碳中和各项工作。”在此背景下，多行业、多领域、多企业按下减碳“快进键”，汽车内燃机行业就是典型代表。

相比国五排放标准，国六尤其是国六b标准对机动车污染物排放限值提出了更为严格的要求。就此，整车企业和零部件供应商加快了技术探索和产品研发的步伐。

♦ 国六标准下技术路线升级

面对2023年7月1日全面实施国六b排放标准的要求，不少城市选择跳过国六a阶段，直接向国六b进军。资料显示，在国六b阶段标准中，一氧化碳、总碳氢化合物、非甲烷碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物排放限值相比国五标准分别加严了50%、50%、49%、42%和33%，并且还规定了直径超过23nm的粒子数量限值。横向对比，国六污染物排放限值已与欧Ⅵ排放标准相当，而对蒸发排放和OBD的要求接近美国现行排放标准，严格程度可见一斑。

排放标准更高，对发动机的技术要求自然也随之提升。天津大学教授、内燃机燃烧学国家重点实验室副主任姚春德向《中国汽车报》记者表示：“为满足国六排放标准，发动机后处理必须做出相应改进，考虑到柴油机和汽油机、天然气发动机技术路线不同，在不同发动机改进上也有所区别。目前柴油车后处理器的主流技术路线是EGR(废气再循环)+DOC(氧化催化)+DPF(颗粒捕捉器)+SCR(选择性催化还原)+ASC(氨捕捉)。不同企业可能略有区别，但均包含DOC+DPF+SCR这几个步骤。”

据了解，柴油车后处理技术的基本原理是，尾气通过发动机的EGR装置，实现初步净化。接着，尾气进入DOC，DOC的蜂窝陶瓷载体上涂抹多孔活性氧化铝作为第二载体，在其上添加各类催化剂，使得尾气得到最大化处理，同时提升尾气温度。通过DOC净化并升温的尾气将经过DPF，DPF通过堵塞通道等方法降低气流速度，使尾气流经通道壁时，夹杂的颗粒物被吸附，这些颗粒物部分将在高温条件下被清除，必要时还需专门的再生装置予以去除。之后，尾气进入SCR系统，SCR系统会喷射尿素溶液，尿素通过与尾气中氮氧化物等污染气体进行一系列化学反应，将污染气体转化为清洁气体。最后，尾气会进入ASC，用于净化尿素分解产生的氨气。

“TWC(三元催化转换器)+GPF(颗粒捕捉器)，成为国六标准下汽油机的主要技术路线。其中，TWC可用于处理汽车尾气中的碳氢化合物、氮氧化物和一氧化碳三种污染气体;GPF主要用于减少PM和碳氢化合物排放。国六标准新增了对汽车尾气颗粒物数量(PN)的排放限值要求，加装GPF成为国六标准下的主流技术。”姚春德补充道。

♦低排放技术助推高质量发展

面对国六标准的要求，不同企业在技术路线选择方面各有侧重。重型商用车方面，玉柴、潍柴、一汽解放发动机事业部等企业，一方面对后处理装置进行技术性改进，减少污染物排放;另一方面加强系统集成性、电动化及燃料多元化以实现节能减排。轻型车方面，东安动力、云内动力等企业也加强布局，专注动力升级。

玉柴相关负责人向记者表示：“在后处理系统方面，为满足国六标准要求，柴油发动机采用EGR+DOC+DPF+SCR+ASC排放控制技术路线，将后处理与发动机的控制策略及协同功能集成到ECU进行控制，确保后处理系统高动态、高效的转化效率。国六发动机通过采用新一代超高压共轨燃油系统、高压冷却EGR系统、闭式曲轴箱通风系统等机内净化措施，控制柴油机原机排放。”

潍柴主要采取ECR+HiSCR和ECGR+DOC+DPF+SCR技术路线，其中，HiSCR又称碳氢催化转化，利用乙醇作为还原剂，利用氧气提高氮氧化物的转化率、水蒸汽促进低温时的反应速率原理，降低污染物排放;EGR+DOC+DPF+SCR的技术路线则在轻型机领域得以应用，以WP4.1发动机为例，四气门、高压共轨、增压中冷(布置)型式等配置齐全，同样满足欧Ⅵ排放标准，且自主ECU、高效SCR技术，DPF被动再生的解决方案还能使油耗更低。

一汽解放发动机事业部也十分注重核心技术的自主研发，首创国内自主集成共轨+自主气驱后处理系统的“黄金组合”。集成共轨部分通过将高压油泵、压力传感器和自主研发ECU集成到闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程完全分开，实现对公共供油管内油压的精确控制，可大幅减小柴油机供油压力随发动机转速的变化。其自主研发的气驱动尿素喷射系统也填补了中国在该领域的技术空白，具有系统集成度高、结构简单、故障率低等优点。

东安动力有关人士向记者表示，他们在深入研究国六排放标准、商用车第三阶段油耗法规，并广泛调研市场竞品车型的基础上，进行了系统规划布局。“东安动力重点打造了自然吸气发动机、增压直喷发动机和新能源汽车专用发动机三大平台，开发DAM15K/16K、DAM12T/TGDI、DAM15TGDI、DAM10E四大核心产品，提供发动机+变速器的动力总成一体化解决方案。同时，我们采用双VVT设计、11.5：1的高压缩比、阿特金森循环、活塞冷却喷嘴、多孔喷油器、强制机油冷却、电子节温器等先进技术，针对开发的DAM16K发动机，测试质量2.2吨以下轻卡，具备不加GPF就能满足轻型车国六b标准的潜力。”他介绍说。

♦标定认证亟需颠覆性探索

从我国机动车排放标准的发展来看，升级间隔时间变短，升级产品的开发周期也在缩短。对于下一步排放标准的升级和将催生的技术路线，内燃机企业有着比较清晰的认识。

玉柴相关负责人指出：“满足下一阶段排放标准已无相关国际经验可以借鉴，未来面临更多不确定性。结合中国实际情况，如碳中和目标，我国将进一步加严机动车排放控制要求，也会更加关注整车在实际道路运行状态下的排放特点。这对我们的产品满足下一阶段排放标准提出更高要求，增加了开发难度，带来一些难题。”

对车企和零部件供应商来说，满足国六排放标准的压力不小，排放升级进程持续加快可能导致产品市场验证不足，而原材料成本持续上涨、全球芯片荒带来的供货压力，也是所有企业将面临的挑战。

姚春德告诉记者：“现行的技术路线主要是以WLTC(世界轻型汽车测试循环工况)为测定标准。它是由欧盟、日本、美国联合制定的，其适用性对于中国市场可能存在不合理的地方。一方面，为迎合测定标准的技术路线本身有一些隐患，比如SCR系统加喷尿素成本过高，后处理器单价高、易被盗等;另一方面，市场普遍趋同的技术路线，在一定程度也将阻碍内燃机技术路线多样化发展。”

据介绍，测定标准的更新在很大程度上决定了内燃机未来的技术趋势。姚春德认为：“未来，有关部门应进一步鼓励内燃机企业探索更具颠覆性的技术路线，向燃料多元化、标定自主化的方向发展。”

玉柴相关负责人认为，发动机企业关键还是要提升自己的竞争力，努力将重点放在产品性能提升上。

据悉，玉柴未来在产品低碳化发展方面将做好以下几点工作：一是积极参加下一阶段排放标准研究工作，承接与之相关的低负荷测试课题;二是充分进行性能方面的技术研究储备，包括高效燃烧技术、后处理高效转化技术、预测性智能化控制技术、高度集成化协同控制技术等，为应对产品排放的高标准奠定坚实基础;三是根据发动机性能燃烧特性、后处理技术路线的研究和储备，同步建立完善的后处理匹配技术;四是在整车匹配排放控制技术上，考虑将整车排放测试通过整车系统模型迁移到台架测试研究，达到大幅降低资源需求和提升效率的作用;五是开展虚拟标定技术开发，精准精细进行基于模型的发动机标定开发。(张雅慧)