隨著全球對環境的日益關注，內燃機排氣污染物的控制被廣泛的探索研究，國六排放法規推出后，嚴格的標準引起了行業的廣泛關注，不但在降排指標上的標準十分嚴苛，還增加了在用車排放一致性檢測(PEMS)，排放保質期要求，以及與國家油耗排放三階段標準同步等條件。本期推文中，我們將針對乘用車淺析國六排放法規及技術路徑。

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國五國六排放要求的差異

從 2016 年 12 月起國家環境保護、國家質檢總局兩部聯合發布針對《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（以下簡稱“國六”）。從 2020 年 7 月 1 日起，針對全國所有銷售和注冊登記的輕型汽車都應符合“第六階段 a”的排放標準要求，從 2023 年 7 月 1 日起針對全國所有銷售和注冊登記的輕型汽車都應符合“第六階段 b”的排放標準要求。如表 1 所示。

表1 排放限值

國六相對于國五不僅僅在測試循環和排放污染物限值做了變更，而且修訂了車載診斷系統相關技術要求、生產一致性檢查相關要求、試驗用燃料技術要求、混合動力電動車試驗要求等。

01
I型實驗測試循環及排放限值

I型試驗是指常溫下冷起動后排氣污染物排放試驗，I 型試驗測試循環從NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲行駛工況）變為WLTC（Worldwide harmonized Light-duty Test Cycle 世界輕型汽車測試循環）。WLTC 是發動機瞬態排放測試循環，其在發動機轉速、功率和怠速比例等循環特征參數方面與北京城市公交道路工況特征參數更接近，圖 1 為WLTC與NEDC試驗循環對比圖。

圖1 WLTC與NEDC試驗循環對比圖

不僅測試循環發生了變化，且加嚴了污染物排放限值。相對于國五，國六 a 的 CO 限值加嚴 56%，國六 b 相對于國六 a 的CO、THC、NMHC 以及 NOX限值分別下降了 26%、50%、50%、42%。國六新增加了N2O的限值要求，并要求對CO2的排放結果進行申報。尾氣顆粒物方面，國五僅對汽油直噴發動機有 PM 的要求，國六范圍擴大到所有的點燃式汽車，國六b的PM限值又比國六a下降33%。新增PN限值要求。具體數據可參見表1。

02
增加了II型試驗

II型試驗是指實際行駛污染物排放試驗RDE，所有汽車均應進行實際行駛污染物排放試驗，市區行程和總行程污染物排放均不得超過I型試驗排放限值與符合性因子的乘積。國六a階段只進行檢測并報告結果，國六b階段提出強制性限制要求。

03
加嚴VI型試驗項目和限值

VI型試驗是指低溫下冷起動后排氣中CO、THC和NOX排放試驗，-7℃環境下，按 WLTC 的低速段和中速段循環進行試驗，監控 CO、THC、NOX。增加了 NOX的排放限值要求，CO和THC的限值分別降低1/3，且每次試驗測得的排氣污染物排放量均不應超過限值。

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降低排放污染物的技術路線

01
降低 CO 排放的技術

相比國五限值要求，國六 a 階段 CO 排放降低 30%，國六 b 階段降低 50%，因此，為了滿足國六階段的 CO 排放限值要求，發動機開發要求盡可能減少混合氣加濃，并且盡可能優化燃油霧化，改善油氣混合均勻度。而混合氣加濃主要發生在發動機高速大負荷工況下，此時的發動機熱負荷大，排氣溫度較高（高達 1100℃），會超過三效催化器中載體和催化劑涂層的承受范圍，通過加濃混合氣降低排氣溫度保護催化器。而燃油霧化不良，主要發生在發動機冷啟動時的暖機過程。降低排氣溫度，避免加濃混合氣的技術選擇有：采用排氣歧管集成冷卻水套；采用低壓冷卻 EGR，抑制爆震；噴水技術，抑制爆震；采用混合動力系統，避免內燃機工作在高速大負荷區。改善燃油霧化的技術選擇有：優化進氣系統，對于增壓發動機可以改進進氣系統增大滾流比；增大氣門重疊角，利用內部 EGR 加熱混合氣改善冷機階段的燃油霧化條件；降低噴油油霧液滴直徑（如采用多孔噴油器，提高冷機階段的噴油壓力）等。

02
降低 HC 排放的技術

國六 a 階段 THC 和 NMHC 排放限值保持與國五階段一致，到國六 b 階段，限值下降約 50%。考慮到排放測試循環從以穩態工況為主的 NEDC 循環改變成完全瞬態工況的WLTC 循環，減排難度更大。降低 HC 排放的主要技術措施有：優化標定，合理匹配多次噴射，優化氣門重疊角；優化燃油霧化，改善混合氣形成，例如提高冷機狀態下噴油壓力，優化噴射導向減少氣閥、缸壁及活塞頂濕壁，采用多孔噴油器，改善燃油霧化，也可以采用雙噴油器；機外排放控制技術主要是采用催化器快速起燃，采用緊耦式催化器或增加催化器載體目數（減小壁厚）便于催化器快速升溫，從而實現快速起燃。

03
降低 NOx 排放的技術

國六 a 階段限值保持與國五一致，在國六b 階段NOx 限值收緊了 42%。參考了美國溫室氣體排放標準和限值，國六階段引入了N2O 限值要求，而歐六 b 對此無限值要求。N2O 是溫室氣體，其溫室效應潛勢是 CO?的 298 倍，也是我國《大氣污染防治法》規定要求管控的溫室氣體。降低 NOx 排放的技術主要有：采用廢氣再循環技術 EGR，將廢氣冷卻后引入進氣系統中，能有效降低燃燒最高溫度，抑制或者減少 NOx 的生成；對富氧稀燃發動機，可以采用 NOx 吸附還原催化劑進行后處理。

04
降低顆粒物（PM/PN）排放物的技術

國五階段僅對缸內直噴汽油機 PM 排放有限值要求，而對 PN 無限值要求；到國六階段，對氣道噴射和缸內直噴汽油機都提出了 PM 和 PN 排放限值要求，并且國六 b 階段限值從 4.5mg/km 收緊到 3mg/km，加嚴 33%。降低顆粒物（PM/PN）排放的技術主要有：（1）燃燒系統優化改進，優化進氣道、燃燒室、噴油器及火花塞結構和布置，從而實現合理組織進氣氣流，提高缸內混合氣均勻度，提高噴油壓力，優化噴霧貫穿距離、噴霧錐角、減小噴霧粒徑，從而減小噴霧撞壁發生，特別是要減小活塞頂部和缸壁油膜形成；（2）標定及控制策略優化，可以多次噴射燃油，優化噴油時刻；（3）提升燃油油品，合理控制蒸汽壓力，降低苯含量，禁止加入 MMT；（4）優化曲軸箱通風系統，提高油氣回收效率，降低潤滑油燃燒消耗；（5）快速暖機，如汽缸蓋加熱（缸蓋和缸套雙水道）；（6）后處理技術，加裝顆粒物捕集器（GPF）。

總結

國六排放法規從測試循環到污染物排放限值全面加嚴，新增加了對 N2O 和 PN 的限值，為了應對法規升級的挑戰，汽車行業應做好從發動機的機內排放控制到機外排放凈化技術的技術儲備。