国Ⅵ柴油车排放法规及排放控制技术路线简介

许昌市建安区艾庄回族乡人民政府 艾会明

1 国Ⅵ柴油车排放法规简介

柴油车排放的主要有害污染物及其危害如图1所示，其中柴油机的富氧燃烧和混合气形成的不均匀性，导致柴油车氮氧化合物（NOx）和颗粒物（PM）的排放量较汽油机大得多。我国从2000年开始执行车用柴油机排放标准，到2019年已经开始实施国Ⅵ排放标准。2018年6月，生态环境部发布了堪称世界上最严的排放标准——《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 17691—2018）（以下简称国Ⅵ排放标准，图2），并且明确规定了该标准的实施时间（表1），自规定实施之日起，凡不满足相应阶段要求的新车不得生产、进口、销售和注册登记，不满足相应阶段排放要求的新发动机不得生产、进口、销售和投入使用。

表1 各阶段柴油车排放限值要求及执行日期

图1 柴油汽车排放的主要污染物及其危害

图2 国Ⅵ排放标准的基本内容

（1）国Ⅵ排放标准对柴油车污染物排放限值的要求更低（表3），并且增加了颗粒物数量（PN）的要求。

表3 发动机标准循环排放限值

（2）要求生产企业应确保所有的发动机和车辆都配备有OBD系统。按照国Ⅵ排放标准要求，在仪表盘上应有MIL灯，用于提示排放系统相关故障。国Ⅵ的MIL灯显示状态更加复杂（表4），激活模式4一旦激活，对应故障将激活永久故障代码，但不再和排放限扭有直接联系。

表4 国Ⅵ排放标准MIL灯的显示状态

（3）国Ⅵ排放标准增加了NOx控制（图3，驾驶性能限制系统不适用于急救、军事、民防、消防及维护公共秩序的武装车辆发动机或车辆），这是防止操作者作弊的工具，NOx监控基于反作弊要求，督促用户添加尿素和正确操作，国Ⅵ排放标要求能够识别人为因素造成的NOx控制系统相关的问题。

图3 国Ⅵ排放标准的NOx控制

表2 国Ⅵ排放标准6a和6b阶段的主要技术要求不同点

（4）对排放控制装置的耐久性提出了要求。发动机系族或发动机后处理系统族的污染物排放控制装置耐久性应满足表5规定的有效寿命期（里程或时间周期）。

表5 有效寿命周期

（5）规定了排放质保期。国Ⅵ排放标准中规定，排放相关零部件如果在质保期内由于零部件本身质量问题而出现故障或者损坏，导致排放控制系统失效，或者车辆排放超过标准规定的限值要求的，生产企业应当承担相关维修费用；生产企业应至少对与进气系统、燃油系统、点火系统、废气再循环系统相关的发动机部件和后处理装置、曲轴箱通风阀、传感器、电子控制单元等排放控制相关部件提供质保服务，其排放质保期不应短于表6给出的最短质保期。

表6 最短质保期

可以说，国Ⅵ排放标准融合了污染物要求、OBD要求、在用车符合性要求、耐久性要求及整车排放要求，并将烟度测试变为整车工况测试（自由加速和加载减速），增加了OBD检查和NOx测试。为了满足国Ⅵ排放标准6b阶段法规，在国Ⅴ柴油车的基础上，电控系统要进行从硬件到软件策略进行大规模升级，ECU需要全新硬件支持更多的传感器和执行器。国Ⅵ排放标准6b阶段法规对电控系统的提升要求见表7所列。

表7 国Ⅵ排放标准6b对电控系统的提升要求

2 国Ⅵ柴油车排放控制技术路线简介

2.1 国Ⅵ柴油车典型排放控制技术路线

为了达到史上最严格的国Ⅵ排放标准，仅仅通过改善机内燃烧已经无法实现，必须在改善机内燃烧的同时，增加后处理装置。国Ⅵ柴油车排放控制技术路线根据EGR（废气再循环）与SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）的利用率可分为以下3种（图4）。

（1）无EGR+高SCR，即采用进气节流阀+DOC（柴油机氧化催化器）+DPF（柴油机颗粒过滤器）+高效SCR。采用该技术路线的代表企业有依维柯、斯堪尼亚、沃尔沃及康明斯等。国内的潍柴和康明斯是采用该技术路线的代表企业，典型机型有潍柴WP12发动机（11.596 L），其技术路线为DOC+DPF+进气节流阀+高效SCR+ASC（氨捕捉器）；福康ISF4.5发动机（4.5 L），其技术路线为DOC+DPF+SCR+AMOX（氨氧化催化剂）。

（2）低/中EGR+SCR，即采用进气节流阀+VGT（可变截面涡轮增压系统）+EGR+DOC+DPF+SCR。采用该技术路线的代表企业有戴姆勒、斯堪尼亚、沃尔沃、康明斯、曼及达夫等。该技术路线也是国内国Ⅵ柴油机的主流技术路线，潍柴、玉柴、锡柴大多采用该技术路线，代表机型有锡柴CA6DL3发动机（8.6 L），其技术路线架构为EGR+进气节流阀+DOC+DPF+SCR；玉柴YC6L发动机（8.424 L），其技术路线是低EGR+DOC+DPF+进气节流阀+排气节流阀+SCR+AMOX；玉柴YCK11发动机（10.8 L），其技术路线是EGR+DOC+DPF+SCR；潍柴WP7发动机（7.47 L），其技术路线是低EGR+DOC+DPF+VGT+进气节流阀+SCR+ASC。

（3）高EGR+无SCR，即进气节流阀+VGT+EGR+DOC+DPF。采用该技术路线的代表企业是万国汽车集团。

以上3种技术路线的对比见表8所列。

表8 国Ⅵ柴油车排放控制技术路线对比

2.2 国Ⅵ柴油车后处理装置整体构成

如图5所示，国Ⅵ柴油车后处理装置主要由DOC、DPF、SCR、ASC、混合器、尿素供给单元、尿素喷射单元、燃油计量单元、燃油喷射单元、传感器（排气温度传感器、NOx传感器、DPF压差传感器、PM传感器）等构成。国Ⅵ柴油车后处理装置上集成有4个排气温度传感器、2个NOx传感器、1个PM传感器、1个DPF压差传感器和1个尿素喷嘴。

图5 国Ⅵ柴油车后处理装置整体构成

（1）4个排气温度传感器分别位于DOC前、DPF前、SCR前、SCR后。DOC前排气温度传感器用于测量DOC前的排气温度，作为可进行主动再生的判定条件；DPF前排气温度传感器用于监控DPF再生时的温度，判定再生是否正常；SCR前排气温度传感器用于测量SCR前的排气温度，控制尿素喷射特性；SCR后排气温度传感器用于测量SCR后的排气温度，更加准确地反映SCR的反应温度。4个排气温度传感器在装配过程中很容易装错，装错后会导致测温错误无法进行主动再生，为此采取的防错方法有：一是各排气温度传感器座采用不同的螺纹规格；二是各排气温度传感器需求的线束长度不一样，例如中国重汽国Ⅵ柴油车后处理装置排气温度传感器线束分为2支，后处理装置进气侧一支，排气侧一支，DOC前排气温度传感器采用莫仕接插件，DPF前排气温度传感器采用泰科接插件，SCR前排气温度传感器采用莫仕接插件，SCR后排气温度传感器采用泰科接插件。

（2）2个NOx传感器分别位于DOC前和SCR后。SCR前NOx传感器用于测量发动机原排的NOx含量；SCR后NOx传感器用于测量发动机尾气的NOx含量。国Ⅵ柴油车后处理SCR系统采用闭环控制，通过各传感器测量数据可精确地控制尿素喷射特性，防止尿素多喷或少喷。

（3）DPF压差传感器（图6）取气口位于DPF前和DPF后。DPF压差传感器用于监测DPF前后的压差，判断DPF是否堵塞或被移除。

图6 DPF压差传感器

（4）PM传感器位于SCR后。PM传感器（图7）用于测量尾气中的PM颗粒物的含量，检测DPF的过滤效率。

图7 PM传感器