发动机进气系统国六法规技术研究

王中山 李晓明 黄波 高必勇 王瑞波

摘  要：本文介绍国六蒸发排放对发动机进气系统的要求，通过对各种HC方案的优缺点进行分析及理论计算，结合当前进气系统的现状，推荐现阶段满足国六法规的进气系统HC方案。并经过试验验证，证明所推荐方案的丁烷工作能力满足不小于675mg的设计要求。

关键词：国六标准;国六蒸发排放;进气系统;HC吸附;炭纸;丁烷工作能力

中图分类号：U464    文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2020）03-0032-04

Abstract： This paper introduces the requirements of the engine intake system for China VI evaporative emission， Through the analysis and theoretical calculation of the advantages and disadvantages of various HC schemes， combined with the current status of the air intake system， the HC scheme of the air intake system that meets the six national laws and regulations at this stage is recommended.The test results show that the butane working capacity of the proposed scheme can meet the design requirements of no less than 675mg.

为加强对机动车排放污染物控制，改善空气质量。借鉴发达国家成功的经验，需要对我国机动车污染物排放标准不断升级，来控制污染物的排放，2016年12月23日，环境保护部、国家质检总局联合发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》。国六排放标准分两个阶段实施：

第一阶段，从2020年7月1日起，所有销售和注册登记的汽车都必须符合国六A标准;

第二阶段，从2023年7月1日起，所有销售和注册登记的汽车都必须符合国六B标准;部分城市会提前至2019年1月1日实施轻型汽车国六排放标准。

值得注意的是，目前有部分地区已经提前实施国六排放标准，如广州在2019年3月1日起实施轻型汽油、柴油汽车的国六排放标;深圳在2018年7月1日起，轻型柴油车应符合国六标准，2019年7月1日起，轻型汽油车应符合国六标准。

1    国六蒸发排放对发动机进气系统要求

1.1   国六与国五蒸发排放法规对比（见表一）

国六标准加严了蒸发排放控制要求，国五标准采用欧洲标准，由于欧洲的平均气温低，且柴油车占全部车辆的50%以上，蒸发问题不明显，因此标准要求低。我国幅员辽阔，温差变化大，汽油车占绝大多数，因此蒸发问题影响突出，据估测，目前的汽油车單车年均油气挥发8.8kg左右。因此，国六标准对车辆在停车、行驶以及高温天气下的汽油蒸发排放控制提出了严格要求，同时还要求车辆安装ORVR油气在线回收装置，增加了对加油过程的油气控制。

1.2   为满足国六蒸发排放发动机进气系统需要集成HC吸附功能

当整车的发动机熄火喷嘴周围残留的燃料，产生的碳氢化合物（Hydro Carbon Gas）以及燃油箱蒸发系统和曲通系统的油气是通过进气系统排放到大气中，为了满足国六法规要求，会在进气系统的管路或空气滤清器内部集成相关吸、脱装置，减少汽车油气混合气体的挥发，当发动机熄火产生的碳氢化合物是先吸附到该装置上，然后启动发动机时再从该装置上脱附出来，进入发动机进行燃烧。

2    发动机进气系统HC吸附方案选择

2.1   主要HC吸附方案的优缺点（见表二）

2.2   HC吸附活性炭纸推荐

2.3   发动机进气系统HC吸附方案的理论计算

由于轻型汽车国六阶段对第一类车蒸发排放限值为0.7g/test与美标EPA tier 2蒸发排放限值为0.65g/test相当。借鉴EPA tier 2开发经验，整车发动机部分原始蒸发排放值在200mg内可选择方案3，并对碳氢化合物吸附和脱附能力要求应不小于675mg。

以空气滤清器选择ACS310X-2L型号炭纸方案3为例通过理论计算炭纸有效面积=HC额定吸附量/介质特性×吸附效率×环境影响=0.675/1.15×0.005×0.9 （HC额定吸附量选择0.675g，ACS310X-2L介质特性为1.15，吸附效率为0.005，环境影响为0.9）=130cm2。

2.4   满足国六蒸发排放的发动机进气系统方案确定

根据整车国六排放标准的要求及我司国六发动机原始蒸发排放水平，结合当前进气系统的现状，推荐方案3在空气滤清器上壳体内增加炭纸，将碳氢吸附功能集成到空气滤清器上，该方案只需要在原有国五空气滤清器基础上进行焊接或修模，大大降低工装模具的投入。对整个进气系统的阻力基本无影响，对空气滤清器的过滤效率以及储灰量也不会有影响，炭纸通过安装或焊接到空滤器上壳体内部工艺成熟，结构可靠。

3    试验验证

3.1   根据 ASTM D5228标准样品（HCA）测试丁烷工作能力

1）密封样品（HCA）中的所有开口;

2）校准火焰电离检测器（FID）;

3）称重样品（HCA）;

4）将样品（HCA）放置在SHED和连接的管中以施加丁烷装载;

5）密封SHED并使用FID对大气进行取样;

6）以10g/h的加载速率将50/50的氮和丁烷的混合物施加到样品（HCA）上;

7）当FID 检测到54mg 的烃，可认为吸附过程已进行完全;

8）称重样品（HCA）;

9）连接脱附管路，打开真空泵开关，调节流量计，使空气以22.7L/min 的流速通过进气口，进行脱附2h;

10）再次称重样品（HCA）;

11）重复4-10 步骤进行13个周期测试，前10个周期为预处理，取后3个周期试验数据的平均值作为样品（HCA）的丁烷工作能力的試验结果;

12）样品（HCA）丁烷工作能力要求不小于675mg。

3.2   样品（HCA）丁烷工作能力试验台（见图1）及试验原理（见图2）

3.3   试验结果

某采用方案3样品（HCA）丁烷工作能力试验结果如下：

试验结果证明采用方案3样品（HCA）的丁烷工作能力可以满足不小于675mg的设计要求。

4    结束语

本文通过国六蒸发排放对发动机进气系统要求的介绍。然后对各种HC方案的优缺点进行分析及理论计算，结合当前进气系统的现状，推荐现阶段满足国六法规的进气系统HC方案。并经过试验验证，证明所推荐方案满足国六法规技术要求。对从事发动机进气系统国六法规技术研究和开发，提供理论支持和设计经验。

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