國六柴油車發動機系統的匹配探討

梁小剛

摘 要：在國六汽車產品開發中，國六發動機系統的匹配是很重要的。本文通過介紹主要國六發動機的技術路線、外圍系統的組成部分和匹配內容，對產品開發起到推進作用。

關鍵詞：國六柴油車 發動機外圍系統

Study on Matching of Engine System of National Six Diesel Vehicles

Liang Xiaogang

Abstract：In the development of National six automobile products， the matching of national six engine system is very important. This paper introduces the technical route， components and matching content of the peripheral system of the main national six engine， which will promote the product development.

Key words：National six diesel vehicles? ?Engine peripheral system

1引言

國六柴油車主要裝配滿足國六b階段排放的發動機，目前以高壓共軌+EGR的發動機為主，后處理的技術路線采用DOC+DPF+SCR+ASC。在國六汽車產品開發中，外圍系統、后處理系統若與整車匹配不好，就不能起到好的減少排放的作用。甚至會增加油耗，影響車輛的動力性。因此為使整車在性能不影響的情況下，排放尾氣滿足國六排放標準，就必須通過合理的設計，使后處理裝置對發動機燃燒后的尾氣進行有效處理。

國六排放標準是國家第六階段機動車污染物排放標準，國六分為a階段和b階段。與a階段相比，在b階段，增加了整車試驗PN（粒子數量）要求，增加遠程監控車載終端要求，提升了海拔高度以及擴大了PEMS測試的載荷范圍。詳見表1。

排放污染物主要有HC（碳氫化合物）、NOx（氮氧合物）、CO（一氧化碳）、PM（微粒）等，通過更好的催化轉化器的活性層、二次空氣噴射以及帶有冷卻裝置的排氣再循環系統等技術的應用，控制和減少汽車排放污染物到規定數值以下的標準。

從圖1可以看出，從國五到國六，不但對NOx的排放要求更嚴，從2.0g/kWh降低到0.4g/kWh。而且對PM的排放也要求更嚴，從0.02g/kWh降低到0.01g/kWh。

2 發動機外圍系統的組成部分

國六的發動機外圍系統相比國五，發動機本體上增加了EGR系統，后處理器總成增加了DOC，DPF，ASC及相關的傳感器等零部件。涉及發動機系統、進氣系統、排氣系統、冷卻系統、后處理系統等都發生較大的變化。

2.1 發動機及懸置系統

進氣節流閥、空氣流量傳感器、排氣節流閥、集成式后處理器總成、鑄鋁飛輪殼、降噪空壓機、發動機前后懸置軟墊、前后懸置支架等。

2.2 進氣系統

空氣濾清器、進氣穩流裝置、進氣流量傳感器、中冷器、進氣溫度傳感器等。

2.3 排氣系統

排氣管總成（帶包裹層）、波紋管、后處理器總成支架等。

2.4 冷卻系統

進出管、散熱器、中冷器、節溫器、膨脹水箱、電控硅油離合器風扇等。

2.5 后處理器系統

從圖2中可以看出，后處理系統主要由尿素泵、尿素箱總成、尿素溶液、尿素品質溫度傳感器等組成。

3 發動機外圍系統的匹配

國六發動機及外圍系統在設計時，要根據規劃的平臺系列車型，統一規劃零部件，盡可能實現標準化、通用化、模塊化，盡可能減少零部件的品種，保證生產的一致性。以下將主要系統在整車設計中的匹配做個簡要介紹：

3.1 發動機及懸置系統

國六發動機在整車布置時，一定要與周圍各系統留有足夠的空間，以保證在發動機啟動和運行過程中，相互之間的零部件不發生干涉，進氣管、中冷管、線束等不被熱源烘烤，各油品的加注及觀察方便，管路走向布置合理美觀。

為提高車輛的舒適性，發動機懸置的布置選點，懸置軟墊的隔振都有了較高的要求，目前輕卡普遍采用A+D，中卡采用A+C，重卡采用A+B+D。

A：發動機前端 B：發動機后端 C：變速箱前端 D：變速箱后端

3.1.1 動力總成懸置系統設計的基本原則如下：

a.懸置系統設計應保證發動機與飛輪殼的連接面彎矩不超過發動機廠家的允許值;

b.懸置系統能夠支撐動力總成在整車上維持相對穩定的空間定位，能在所有工況下承受動、靜載荷，并使發動機總成在所有方向上的位移處于可接受的范圍內，不與底盤上的其它零部件發生干涉。同時在發動機大修前，不出現零部件損壞;

c.懸置系統減振墊、支架等零部件強度足夠，在各種極端工況和長期振動環境下系統可靠有效，懸置系統各零部件間固定連接的螺栓等配合防松性能好;

d.設計應當充分地發揮系統隔離發動機產生的振動向車架及駕駛室的傳遞作用，要求懸置系統各方向的解耦率和隔振率應能滿足設計要求;

e.動力懸置系統設計應選取合適的剛度值，并具有適當的阻尼。這樣既能滿足懸置的支撐還能將振動隔離的最小。

3.2 進氣系統

重點是布置空濾器進氣口的位置和管路的走向，注意進氣口不能設計在車輛行駛時產生的負壓區，要防止吸入發動機艙產生的熱空氣，還要注意排水。重點是通過空濾器過濾后的空氣量是否滿足發動機的需求，同時進氣溫度，壓力都會檢測，進氣阻力是否過大等。

3.3 排氣系統

為保證國六PEMS測試結果符合國家標準要求，在設計排氣管路時，管路要盡可能的短，與增壓器排氣口的距離越近越好。排氣管路需保證密封，不允許漏氣（尤其是再生漏煙現象），防止再生燃油滲漏產生危險。因后處理總成的重量增加很多，對吊架的承載能力要求就比較高，而且還要注意因為后處理器總成重量增加而對車架腹面造成的承載力也要一并加強。另外重點還要看發動機燃燒后排出的廢氣經過排氣管路是否順暢，是否排氣背壓過大影響發動機的動力，排氣的溫度是否散熱過快，排氣管路的長度過長對排氣溫度的影響等。

為防止排氣管路的硬連接損壞增壓器的排氣端口和后處理總成的進氣端口，需要在有相對運動的部件之間增加波紋管。排氣管總成帶波紋管的密封性一定要好，泄漏率不能超過1.5SCFM@31KPa。排氣管從增壓器出口到后處理器總成的進氣口溫度不得超過20℃。

3.4 冷卻系統

通過閉式循環冷卻來降低發動機的溫度，保證發動機在適宜的溫度下工作，發動機的理想工作溫度范圍為80℃～95℃之間。國六車型對緩速器的需求增多，要考慮產生的額外熱量，應能通過冷卻防止發動機產生高溫引起限扭等故障。相比國五機型，國六增加了EGR系統對冷卻的要求要更高，散熱能力需求更大，看整車的冷卻能力是否適合發動機，過冷或過熱都不利于發動機的正常工作，因此整車熱平衡試驗就十分重要。

3.5 后處理系統

國六的后處理相比國五是變化最大的，為滿足國六b階段的排放限值要求，后處理在國五SCR的基礎上增加了DOC（Diesel Oxidation Catalyst 柴油機氧化催化器）、DPF（Diesel Particulate Filter 柴油機顆粒凈化器）、ASC（Ammonia Slip Catalyst 氨凈化催化器）。向尿素箱中加注的32.5%尿素溶液一定是正規滿足國家標準規定的，若加注不合格溶液則會出現堵塞噴射泵，尿素噴嘴的風險，還會導致SCR催化劑永久性中毒，造成催化轉化器效率降低。32.5%尿素溶液其冰點最低為-11.5℃，該濃度的尿素溶液對環境溫度有更好的適應性。

國六車輛增加了駐車再生功能，主要作用是通過高溫燒掉載體里的細小顆粒物，防止堵塞載體。因再生過程中，發動機的轉速會提升，排氣溫度非常高，可以達到600～800℃，為避免火災，財產損失，以及人身傷害等嚴重事故的發生，需要記住如下內容：

a.將車輛遠離加油（氣）站，開啟駐車制動，停放在空曠無易燃物的區域;

b.后處理總成的排氣口不能離人過近，相互之間至少有1.5m的距離;

c.駐車再生開始時，禁止使用PTO充電設備，再生之前，必須將設備全部斷電;

d.整個再生過程，需要人員在現場觀察，確保再生順利進行;

e.若有危險情況，請立即關閉再生，此時，排氣系統的高溫仍會持續3-5分鐘。

3注意事項

a.在布置環境溫度傳感器的位置時，推薦為駕駛室前面板處或后視鏡上;

b.切勿踩踏及拔插發動機上的傳感器及接插件，防止影響發動機的正常工作;

c.改裝過程中防止破壞線束完整性，如果線束有破損，注意保護防止漏電或進水;

d.設計時注意防止發動機及其他涉及環保公開信息標識被遮擋，避免上戶出現問題;

e.進行焊接等帶電操作前需斷開ECU線束接插件，在插拔線束接插件前關閉總電源。

4 結論

本文通過介紹國六車輛排放的技術路線、國六發動機外圍重要系統的組成部分、外圍系統匹配注意事項等內容，對國六產品在設計開發中起到借鑒指導的作用。近兩年來，各大主機廠都在加快國六產品的升級換代，開發滿足市場需求的拳頭產品，開展國六車輛的“三高”標定，排放測試和可靠性的驗證工作，為國六產品全面進入市場做好充分的準備。

參考文獻：

[1]劉維信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2]李興虎.柴油車排氣后處理技術[M].北京：國防工業出版社，2016.