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國五切換國六(liù),你不得不知道的五個技術難點

國六之戰,重重隘關。過關斬將,去弱(ruò)留強。

“朔風凜冽”的國(guó)六排放標準將至,順之則昌。而在這個“標(biāo)準”的曆史長河中,有過(guò)“喜怒哀(āi)樂”,但(dàn)絕沒有像今年這般絕望過。弱者無助,強者自(zì)強。要想活下去,就得砥礪前行。

作為國五標準的升級版(bǎn),引入中國特殊的工況,再結合歐(ōu)洲(zhōu)和美國等標準,國(guó)六排放(fàng)標準大幅度加嚴。在汽油(yóu)發動機領(lǐng)域,國六標準相比國五標準,必須要克服以五大技術難點和五種物質排放要求為代表的新難題,才能在國(guó)六之戰中順利地過(guò)關斬將。

上述難關並非能如此輕易攻破,因為從(cóng)限值水平來看,國六a標準階段限值(zhí)略嚴於歐洲第六(liù)階段排放標準限值水平,而國六b標準階(jiē)段限值基本相當於美國Tier3排放標準中規定的2020年(nián)平均限值。換句(jù)話說(shuō),國(guó)六標準是目前世界上最嚴格的排放標準之一也不為過。



如此更高要求的排放(fàng)標準自然需(xū)要車企(qǐ)在相關零部件、係統上進行升級,詳細到諸如三元催化器(qì)中(zhōng)催化劑(主要為價(jià)格高昂(áng)的貴金屬)的用量、引擎燃燒室構造的優化、燃料噴射方式和噴油量的調整、以及擴大活性炭罐容積、增強燃油係統密封性、調整ECU電控單元和強化OBD係(xì)統等。

說到底,國六之戰就是一場(chǎng)車企間的(de)技術較量,對車企有著生死存亡的(de)意義。

“氣”和(hé)“油”的問題

首先來說說“氣”和“油”的問題。通俗一點地說,如果將發動機的運作比作成人吃飯能量攝入(rù)的話,那麽油品問題就意味著(zhe)我們可以選擇相對較(jiào)好的食物或食材,這樣更容易(yì)被人體吸(xī)收營養從(cóng)而轉化能量(liàng)。標準更嚴格的油品中所含有的有害物質更少,並且有助於汽油在發動機內充分燃(rán)燒。

相比國五油(yóu)品(pǐn),國六汽油重點(diǎn)降低了車用汽(qì)油的烯烴、芳烴、苯(běn)等含量;指標(biāo)全麵(miàn)達(dá)到歐(ōu)盟現階段車用油品標準水平,個(gè)別指標甚至超過(guò)歐盟(méng)標準。數據顯示,與國五標準汽油相比,國六油品(pǐn)一氧化碳排放量降低了50%,非甲烷烴和總(zǒng)碳氫(qīng)化合(hé)物排放限製下降50%,氮氧化(huà)物排放(fàng)下降(jiàng)42%。



再說到“氣(qì)”,內燃機工作過程中會不斷產生廢氣,無論內燃(rán)機技術如何發展(zhǎn),其正常工作原理都需要空氣以及燃油,油氣混合、霧(wù)化的效果越好,對提升燃效、降(jiàng)低排放越(yuè)有利。這就好比(bǐ)是人在(zài)吃飯的時候,如何解決邊吃飯和邊喝水的問題,才能最順暢地進食,促(cù)進胃部更好的消化。

影響(xiǎng)廢氣排放物的主要原因在於燃燒情(qíng)況、點火能量、進(jìn)氣效(xiào)果、供油情況、機械精度等諸多方麵。這就相當於正常吃飯時,可能不喝(hē)湯都不(bú)會噎著,但吃(chī)饅頭包子(zǐ)時,需要更多的水才能順利下(xià)咽。但無論如何,過量吃飯或者(zhě)喝(hē)水都會給胃造成一(yī)定的負擔。

一氧化碳(tàn)含量過(guò)高就是發動機的(de)負擔。這主要是混合氣(qì)濃時,由於進(jìn)氣量不足引起的。在通常情況下(xià),發(fā)動機怠速空轉時(shí),以及高(gāo)速大負(fù)荷情(qíng)況下會產生過量的一氧化(huà)碳。由於燃燒不充分,汽車發動機將會產生一氧化碳(tàn)、碳(tàn)氫(qīng)化合物和氮氧化物(wù)等有害氣(qì)體,其中一氧化碳占據了絕(jué)大部分。

而我們知道,國六標準中五種物質的(de)排(pái)放要求分別(bié)為:一氧(yǎng)化碳的排(pái)放量由之前的1000mg/km直接“對半砍”,非甲烷烴和氮氧化物的排放標準也近(jìn)乎(hū)國五時的半(bàn)數,PM細顆粒物(wù)由國五的4.5mg/km減少至3mg/km,並且新(xīn)增(zēng)了PN(顆粒物的粒子數量)的檢(jiǎn)測(cè)。



因此,要(yào)降低每公裏(lǐ)一氧化碳排放量(liàng),就需要優化發動機的進氣(qì)係統,比如調整氣門角度、噴(pēn)射壓力大小、優(yōu)化噴射導向等。而要減少非甲(jiǎ)烷烴的產生,則是解(jiě)決“油(yóu)”的問題。

非甲烷烴是燃料(liào)沒有完全燃燒或者沒(méi)有燃燒的產物(wù),包括燃油、潤滑油及其裂解(jiě)的產物和部分氧化物在內的200多種複雜成分,通常主要來(lái)自於冷車啟動階段。而在國六標準下的測試循環中,新標準全麵考核冷啟動(dòng)、加減(jiǎn)速及高速負荷狀(zhuàng)態下的排放。

與“噴氣(qì)”同理,“噴油”技術的改良,也會(huì)降低非甲烷烴的排放。比如優化燃油係統,改善燃油霧化。歧管噴射發動機可以采用多孔或者雙噴噴油器(qì),缸內直噴發動機可以提高最大係統的油壓。



舉個例子,豐田的D-4S與(yǔ)大眾的第(dì)三代EA888發動(dòng)機,這兩款發動機既使用了歧管噴(pēn)射,又包含了缸內直噴的混合噴射技術。並且D-4S發動(dòng)機在(zài)部分車型上低負載狀態采用歧管噴射,高負載(zǎi)采用歧管(guǎn)和(hé)缸內直噴。這對於強勢的自主(zhǔ)品牌來說,技術壓力(lì)還是非常大的。

後處理時代

說完“氣”和“油”來說說後(hòu)處理環節,尾氣後處理環節就像嬰兒的紙尿褲,需要防漏、吸收性好、不滲透等效果。從排氣歧管出來的(de)廢氣會在(zài)三元催化器中,有害成分在裏麵進行反應,最終會變成對人體無害的物質。

氮氧化物主要依靠排氣後處理,就汽油發動機而(ér)言,尾氣後處理裝(zhuāng)置主要有轉化用的三元催化器、氧化反應的熱(rè)反應器和化合反應的空氣噴射器等。這三者的工作原理本質上都是將汽車(chē)排氣係統中的有害物質碳氫化合物、一氧化碳和氮氧化物稀釋或者轉化掉再排出車外。

而更嚴苛的國六標準,就要求新材料的應用,通過降低材料的比熱容(róng),提高接觸麵積,優化氣體流場,提高貴金屬(shǔ)使用量等手段(duàn),來提高尾氣淨化效果。

目前看來,國六的實施(shī)存在(zài)著五大技術難點:1)現有技術指標增強,如幾個主要排放物指標。2)增加新指標,如顆粒物的粒子數量(PN)。3)監測標準嚴苛,WLTC循環(huán),標準叫WLTP,對OBD限值提出(chū)更高要(yào)求。4)成本會更高,如增加顆粒捕捉器(GPF)。5)對零部件供應商有更多要(yào)求。



其中,對於降低PN排放的後處理技術,可以在三元催化器中安置汽油機顆粒(lì)捕捉器(GPF)。它由(yóu)一定孔密度的蜂窩狀陶瓷組成(chéng),通過交替封堵蜂窩狀多孔陶瓷(cí)過濾體,排氣(qì)流被迫從孔道壁麵通過,在這個過程中,顆(kē)粒物分別經過擴散、攔截(jié)、重力和慣性四種方式(shì)被捕集過濾,從而達到淨化效果。

此外,國六標準還加嚴了蒸發排放(fàng)控製,要求車輛安裝ORVR(車載加油油氣回收係統)油氣在線回收裝置。它能夠(gòu)收集加油過程中(zhōng)從油箱中揮發出來的燃油蒸氣,它對於(yú)新車通過國六排放法規中汽油蒸發量標準大有幫助。

而根據“國六”排放法規中的OBD診斷要求以及北美排放法規中的OBD II的要求,需要對曲軸箱通風係統進行管路接頭的完整性診斷。國內零部件公司有電流回路(lù)的診斷方式、國外有壓力傳感器方案,在非發動機技術變革中,更多的零(líng)部件企業開始參與(yǔ)國六(liù)標準當中。

不僅如此,通過(guò)控製各個管(guǎn)理模塊的ECU的數據提(tí)供,也可以追溯至各零部件企(qǐ)業,其作為外部(bù)供(gòng)應商可以(yǐ)為車企節約大量的標定開發(fā)時(shí)間,也可以通過批量生產降(jiàng)低零部件成本,從而為車企降低單車(chē)成本。



總體來說,國五升級到國六,不僅(jǐn)僅是提升(shēng)發動機技(jì)術來達到排放標準,還要通過(guò)綜合優化各種途徑才能達(dá)到最終要求,給整(zhěng)車廠商及供應商都帶來了極(jí)大的挑戰。

記(jì)者經在各(gè)車企采訪中得知,一套符合國六標(biāo)準的(de)排放係統相較於國五的成本,根據不同廠家的應對(duì)策略(luè)以及(jí)供應商的異同,將花費1,200~5,000元不等。這筆費用對於有的車企來說是一筆不小的開銷,但是參與到國六標準中,除了改善環境空氣質量,確實有助於汽車企業淘汰落(luò)後產(chǎn)能、引領(lǐng)產業升級,還將(jiāng)參與國際市場競爭,推動汽車產業發展。

國六裹挾著將一切撕裂的姿態,全行業必要經曆一次攻(gōng)克難關、研發(fā)創新、直麵競爭的洗禮。這不僅是藍(lán)天保衛戰的呐喊,也是產業韶華再(zài)起的新開端。而(ér)2019年注定是中國汽車(chē)行業濃墨重彩的一筆。所有的參與者(zhě)唯(wéi)有(yǒu)努力奔跑,才能不被留在原地(dì)。

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