國Ⅵ柴油車排放法規及排放控制技術路線簡介

許昌市建安區艾莊回族鄉人民政府 艾會明

1 國Ⅵ柴油車排放法規簡介

柴油車排放的主要有害污染物及其危害如圖1所示，其中柴油機的富氧燃燒和混合氣形成的不均勻性，導致柴油車氮氧化合物（NOx）和顆粒物（PM）的排放量較汽油機大得多。我國從2000年開始執行車用柴油機排放標準，到2019年已經開始實施國Ⅵ排放標準。2018年6月，生態環境部發布了堪稱世界上最嚴的排放標準——《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 17691—2018）（以下簡稱國Ⅵ排放標準，圖2），并且明確規定了該標準的實施時間（表1），自規定實施之日起，凡不滿足相應階段要求的新車不得生產、進口、銷售和注冊登記，不滿足相應階段排放要求的新發動機不得生產、進口、銷售和投入使用。

表1 各階段柴油車排放限值要求及執行日期

圖1 柴油汽車排放的主要污染物及其危害

圖2 國Ⅵ排放標準的基本內容

（1）國Ⅵ排放標準對柴油車污染物排放限值的要求更低（表3），并且增加了顆粒物數量（PN）的要求。

表3 發動機標準循環排放限值

（2）要求生產企業應確保所有的發動機和車輛都配備有OBD系統。按照國Ⅵ排放標準要求，在儀表盤上應有MIL燈，用于提示排放系統相關故障。國Ⅵ的MIL燈顯示狀態更加復雜（表4），激活模式4一旦激活，對應故障將激活永久故障代碼，但不再和排放限扭有直接聯系。

表4 國Ⅵ排放標準MIL燈的顯示狀態

（3）國Ⅵ排放標準增加了NOx控制（圖3，駕駛性能限制系統不適用于急救、軍事、民防、消防及維護公共秩序的武裝車輛發動機或車輛），這是防止操作者作弊的工具，NOx監控基于反作弊要求，督促用戶添加尿素和正確操作，國Ⅵ排放標要求能夠識別人為因素造成的NOx控制系統相關的問題。

圖3 國Ⅵ排放標準的NOx控制

表2 國Ⅵ排放標準6a和6b階段的主要技術要求不同點

（4）對排放控制裝置的耐久性提出了要求。發動機系族或發動機后處理系統族的污染物排放控制裝置耐久性應滿足表5規定的有效壽命期（里程或時間周期）。

表5 有效壽命周期

（5）規定了排放質保期。國Ⅵ排放標準中規定，排放相關零部件如果在質保期內由于零部件本身質量問題而出現故障或者損壞，導致排放控制系統失效，或者車輛排放超過標準規定的限值要求的，生產企業應當承擔相關維修費用；生產企業應至少對與進氣系統、燃油系統、點火系統、廢氣再循環系統相關的發動機部件和后處理裝置、曲軸箱通風閥、傳感器、電子控制單元等排放控制相關部件提供質保服務，其排放質保期不應短于表6給出的最短質保期。

表6 最短質保期

可以說，國Ⅵ排放標準融合了污染物要求、OBD要求、在用車符合性要求、耐久性要求及整車排放要求，并將煙度測試變為整車工況測試（自由加速和加載減速），增加了OBD檢查和NOx測試。為了滿足國Ⅵ排放標準6b階段法規，在國Ⅴ柴油車的基礎上，電控系統要進行從硬件到軟件策略進行大規模升級，ECU需要全新硬件支持更多的傳感器和執行器。國Ⅵ排放標準6b階段法規對電控系統的提升要求見表7所列。

表7 國Ⅵ排放標準6b對電控系統的提升要求

2 國Ⅵ柴油車排放控制技術路線簡介

2.1 國Ⅵ柴油車典型排放控制技術路線

為了達到史上最嚴格的國Ⅵ排放標準，僅僅通過改善機內燃燒已經無法實現，必須在改善機內燃燒的同時，增加后處理裝置。國Ⅵ柴油車排放控制技術路線根據EGR（廢氣再循環）與SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原）的利用率可分為以下3種（圖4）。

（1）無EGR+高SCR，即采用進氣節流閥+DOC（柴油機氧化催化器）+DPF（柴油機顆粒過濾器）+高效SCR。采用該技術路線的代表企業有依維柯、斯堪尼亞、沃爾沃及康明斯等。國內的濰柴和康明斯是采用該技術路線的代表企業，典型機型有濰柴WP12發動機（11.596 L），其技術路線為DOC+DPF+進氣節流閥+高效SCR+ASC（氨捕捉器）；福康ISF4.5發動機（4.5 L），其技術路線為DOC+DPF+SCR+AMOX（氨氧化催化劑）。

（2）低/中EGR+SCR，即采用進氣節流閥+VGT（可變截面渦輪增壓系統）+EGR+DOC+DPF+SCR。采用該技術路線的代表企業有戴姆勒、斯堪尼亞、沃爾沃、康明斯、曼及達夫等。該技術路線也是國內國Ⅵ柴油機的主流技術路線，濰柴、玉柴、錫柴大多采用該技術路線，代表機型有錫柴CA6DL3發動機（8.6 L），其技術路線架構為EGR+進氣節流閥+DOC+DPF+SCR；玉柴YC6L發動機（8.424 L），其技術路線是低EGR+DOC+DPF+進氣節流閥+排氣節流閥+SCR+AMOX；玉柴YCK11發動機（10.8 L），其技術路線是EGR+DOC+DPF+SCR；濰柴WP7發動機（7.47 L），其技術路線是低EGR+DOC+DPF+VGT+進氣節流閥+SCR+ASC。

（3）高EGR+無SCR，即進氣節流閥+VGT+EGR+DOC+DPF。采用該技術路線的代表企業是萬國汽車集團。

以上3種技術路線的對比見表8所列。

表8 國Ⅵ柴油車排放控制技術路線對比

2.2 國Ⅵ柴油車后處理裝置整體構成

如圖5所示，國Ⅵ柴油車后處理裝置主要由DOC、DPF、SCR、ASC、混合器、尿素供給單元、尿素噴射單元、燃油計量單元、燃油噴射單元、傳感器（排氣溫度傳感器、NOx傳感器、DPF壓差傳感器、PM傳感器）等構成。國Ⅵ柴油車后處理裝置上集成有4個排氣溫度傳感器、2個NOx傳感器、1個PM傳感器、1個DPF壓差傳感器和1個尿素噴嘴。

圖5 國Ⅵ柴油車后處理裝置整體構成

（1）4個排氣溫度傳感器分別位于DOC前、DPF前、SCR前、SCR后。DOC前排氣溫度傳感器用于測量DOC前的排氣溫度，作為可進行主動再生的判定條件；DPF前排氣溫度傳感器用于監控DPF再生時的溫度，判定再生是否正常；SCR前排氣溫度傳感器用于測量SCR前的排氣溫度，控制尿素噴射特性；SCR后排氣溫度傳感器用于測量SCR后的排氣溫度，更加準確地反映SCR的反應溫度。4個排氣溫度傳感器在裝配過程中很容易裝錯，裝錯后會導致測溫錯誤無法進行主動再生，為此采取的防錯方法有：一是各排氣溫度傳感器座采用不同的螺紋規格；二是各排氣溫度傳感器需求的線束長度不一樣，例如中國重汽國Ⅵ柴油車后處理裝置排氣溫度傳感器線束分為2支，后處理裝置進氣側一支，排氣側一支，DOC前排氣溫度傳感器采用莫仕接插件，DPF前排氣溫度傳感器采用泰科接插件，SCR前排氣溫度傳感器采用莫仕接插件，SCR后排氣溫度傳感器采用泰科接插件。

（2）2個NOx傳感器分別位于DOC前和SCR后。SCR前NOx傳感器用于測量發動機原排的NOx含量；SCR后NOx傳感器用于測量發動機尾氣的NOx含量。國Ⅵ柴油車后處理SCR系統采用閉環控制，通過各傳感器測量數據可精確地控制尿素噴射特性，防止尿素多噴或少噴。

（3）DPF壓差傳感器（圖6）取氣口位于DPF前和DPF后。DPF壓差傳感器用于監測DPF前后的壓差，判斷DPF是否堵塞或被移除。

圖6 DPF壓差傳感器

（4）PM傳感器位于SCR后。PM傳感器（圖7）用于測量尾氣中的PM顆粒物的含量，檢測DPF的過濾效率。

圖7 PM傳感器