国六将至—“史上最严”法规剖析与解读
习总书记在浙江湖州考察时曾说过“绿水青山就是金山银山”。然而随着我国经济的高速发展，汽车的产销量急剧增长，我国的空气质量急需进一步改善。因此，国家环保局出台了史上最严的国六排放法规，以应对愈加恶化的环境问题。
国六排放法规背景
机动车污染成为重要污染来源，按照“大气十条”部署，生态环境部加大了机动车污染防治力度。随着机动车保有量的快速增长，机动车排放节能减排将成为重点防治方向。
截至2017年底，全国机动车保有量已达到3.1亿辆，其中汽车2.17亿辆；未来汽车保有量仍将以每年2000多万辆的速度增加。高速增长带来的机动车污染物排放量居高不下，四项污染物排放量达到4000多万吨，已成为大气污染的重要来源。细颗粒物源解析表明，北京、上海、广州、深圳等特大型城市的移动源排放已成为细颗粒物的首要来源，占比分别为45%、29.2%、21.7%和52.1%。
为了解决高速发展带来的环境问题，国务院出台了“史上最严”的国六排放法规，其在协调全球技术法规的基础上，延续了欧盟排放标准，融合了美国排放标准后形成了一个全新的技术标准。但从实施节点上来看，国六a将于2020年7月1日开始实施，国六b将于2023年7月1日开始实施，中国在实施排放标准的进程相比其他发达国家要滞后。
近期国务院发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，对机动车污染防治进行了系统部署。货物运输方式结构调整、汽车污染治理、国六排放提前实施及燃油品质提升将成为主要应对举措。
目前，国内机动车污染防治难点主要有4点：
1.交通运输结构不合理
目前交通运输还是以柴油车为主，柴油车为主的公路运输占据了76.8%的份额，造成了大量机动车污染。
2.机动车超标排放问题突出
a. 在用车辆超标排放现象较普遍，年检一次上线合格率不足80％
b. 存在不添加尿素、屏蔽后处理装置、排放检验机构弄虚作假等问题
3.油品质量问题突出
通过对京津冀及周边地区民营加油站检查发现3个问题：
a.柴油质量超标率达到了50%
b.柴油合格率小于10%
c.黑加油站点数量较多
4.环境监管执法能力及水平较低
全国专职监管人员不足3000人，面对3.1亿辆机动车、1亿多台各类机械，平均每人监管14万台机动车和机械，远远不能满足环境监管需要。
国务院针对以上问题，通过《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，制定了4条对应的解决方案：
1.优化调整货物运输结构
a.加快提升铁路货运能力，大幅提高铁路货运比例。全国来看，铁路货运量计划2020年较2017年提升30%；京津冀及周边地区来看，计划2020年较2017年提升40%
b.全国重点港口集装箱铁水联运量年均增长10%以上
2.打好柴油货车污染治理攻坚战
制定柴油货车污染治理攻坚战行动方案：
①清洁柴油车
②清洁柴油机
③清洁运输
④清洁油品
⑤推进国三营运柴油货车提前淘汰更新
3.强化机动车监督管理
a.提前实施机动车国六排放标准
b.严厉打击排放检验机构弄虚作假行为
c.大力推广使用新能源汽车
4.推进燃油品质升级
a.2019年1月1日起，全国全面供应符合国六标准的车用汽柴油，停止销售低于国六标准的汽柴油
b.取消普通柴油标准，实现车用柴油、普通柴油、部分船舶用油“三油并轨”
c.厉打击生产、销售、储存、使用不合格油品和车用尿素行为，坚决取缔黑加油站点
蓝天保卫战三年行动计划重点区域
在《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的背景下，国家明确自2019年1月1日起在全国全面供应符合国六标准的车用汽柴/油，2019年7月1日起，重点区域、珠三角地区、成渝地区提前实施国六排放标准。
蓝天保卫战三年行动计划时间表
国家将重点整治商用车：在全国范围，占机动车保有量7.8%的柴油货车，排放了57.3%的氮氧化物和77.8%的PM，故国三及以下排放标准营运柴油货车的淘汰更新将成为未来2年工作重点。
国六排放法规部分区域提前实施：国家重点关注如何控制污染以及提升油品质量，重点区域、珠三角地区、成渝地区将提前实施国六排放标准及供应符合国六标准的车用汽柴油。
提前实施国六标准省市
国六排放法规概要
国六排放法规与欧六的区别：
1.对I型试验的测试程序进行了修改，采用全球技术法规轻型车测试程序(WLTP)；
2.II型试验改为RDE试验，并对IV型试验进行了修改；
3.VI型试验增加对柴油车以及NOx的控制要求；
4.增加了对加油过程污染物排放试验要求并加严了各项污染物排放限值；
5.增加了炭罐有效容积和初始工作能力的试验要求；
6.增加了催化转化器载体体积、贵金属总含量及贵金属比例的试验要求；
7.修订生产一致性检查的判定方法，新增催化转化器、炭罐的生产一致性检查要求；
8.在用符合性增加了蒸发排放和加油过程污染物排放的检查要求；
9.增加了对型式检验样车的确认检查；
10.修改了OBD以及试验用基准燃料的技术要
国六排放法规与国五的区别：
1.测试循环不同：全面考核冷启动、加减速及高速负荷状态下排放。
2.新增实际行驶排放（RDE）：首次将排放测试转移至实际道路，避免排放作弊。RDE的引入是为了控制车辆的实际驾驶排放，它将汽车尾气检测从实验室扩展到实际驾驶路面，实际道路排放测试过程考虑到了包括驾驶工况、交通状况、驾驶风格、环境温度和海拔等影响实际驾驶排放结果的因素，能更真实的反映汽车在实际使用过程中的排放水平。
3.测试程序要求不同：为了避免实验室测试数据与实际使用不一致。
4.增加排放保质期：车辆3年或6万公里内因故障排放超标，车企承担费用。
5.限值要求更加严格：加严40%-50%，且对柴油车限值要求相同。
6.加严政法排放控制：要求车辆安装ORVR油气在线回收装置。
7.提升车辆排放实时监控：引入美国车载诊断系统，及时发现排放故障。
8.提高低温试验要求：CO碳氮化合物限值加严1/3，新增碳氮化合物控制。
9.新增测量要求：增加了汽油排放颗粒物测量要求。
10.曲轴箱污染物排放试验新增要求：
a. 增加柴油车曲轴箱的控制要求；
b. 不允许曲轴箱通风系统有任何污染物排入大气；
c. 对没有采用曲轴箱强制通风系统的汽车，I型试验过程中，应将曲轴箱气体引入CVS，计入排气污染物总量。
11.换挡策略：国六排放测试时的换档时间和档位是不固定，换档点是基于为克服行驶阻力和加速度所需要的功率与所有可能档位下发动机能提供的功率两者之间取得平衡来确定。而国五（NEDC）的换档时间和档位是固定不变的，无论是A0级微型车，还是D级豪华车，也无论发动机功率扭矩是大是小，转速是高是低，都只能在同一条跑道上起跑，并在规定车速下在同一时刻换档。
国五换挡策略的弊端有：
a. 只要所测试的车辆在法规规定的固定车速下，该发动机在指定负荷区间内的尾气排放能够达标，即能够通过国五
b. 通过车辆变速箱速比与国五规定车速的匹配，控制发动机转速落在最低油耗转速的区间内，即能达到一个“理想”的工信部油耗值
c. 即便是自动挡的变速箱，也会参考国五法规车速进行策略调教；而不在测试范围内的高转速、大负荷等工况的尾气排放和油耗水平则无法在国五中得以体现
12.新增测试适用范围：增加了混合动力电动汽车的试验要求。混合动力汽车在诊断OBD的过程增加8个监测要求。
国六排放法规应对方案
降低CO
产生CO的根本原因是混合气过浓，因此为了满足国六的CO排放要求，电喷系统必须尽可能的减少混合气加浓，比如高速大负荷区的加浓保护，瞬态加浓，起动及暖机过程的加浓。
某1.4T进气道喷射发动机（原机满足国五排放）的CO排放曲线（WLTC循环），正高速大负荷区，由于排气温度过高为了保护催化器，往往会通过加浓混合气来降低排气温度，这种加浓操作导致CO排放显著增加。
高速大负荷区域混合气加浓解决措施：
排气歧管集成冷却水套→降低排气温度?
低压冷却EGR→抑制爆震，降低排气温度
喷水技术→抑制爆震，降低排气温度
48V系统→避免内燃机工作在高速大负荷区
燃油与空气更好混合解决措施：
优化进气系统，对于增压发动机可以改进进气系统增大滚流比
增大气门重叠角，利用内部EGR加热混合气改善冷机阶段的燃油雾化条件
降低喷油器的SMD：提高冷机阶段的系统压力，采用多孔喷油器
优化喷射导向
降低HC
碳氢排放较高的原因通常是催化器起燃时间太长以及部分燃油未参与燃烧所导致的，通常碳氢排放主要来自于冷机阶段。
降低碳氢排放的措施
优化催化器
①提高贵金属含量
②优化催化器的布置位置，采用紧耦合催化器
③增加催化器目数（比如600目或750目）
④对于涡轮增压发动机，采用电子废气门或负压控制废气门
优化燃油系统，改善燃油雾化
对于PFI 发动机
①提高系统油压，改善燃油雾化
②优化喷射导向
③采用多孔喷油器
④采用双喷油器
对于GDI发动机
①提高最大系统油压
②优化喷射导向
优化空气系统
①对于增压发动机，增大发动机滚流比，并合理选择增压器
②采用双VVT，在冷机状态下采用较大的气门重叠角获得更大的内部EGR率，有效加热混合气，改善燃油雾化
优化匹配
①对于GDI发动机，合理匹配多次喷射，最大程度做好推迟点火角与怠速稳定性的平衡，以加速催化器起燃
②对于GDI发动机，提高冷机阶段的系统油压，改善燃油雾化
③优化气门重叠角
降低PN排放措施
PFI发动机PN排放的来源主要有以下三个方面:
1.进气气阀内表面及其阀座和燃烧室顶部油膜。PFI发动机中，通常燃油被喷油器喷入进气道，在进气道内同进气充量进行混合。当出现一些不利因素如喷油量较大，温度较低时，燃油和空气混合不充分，容易在进气阀附近的进气道壁面形成较多的液态油膜堆积。当进气阀打开时，部分液态燃油随进气气流进入气缸内，分布在进气气阀内表面、进气气阀阀座以及燃烧室顶部区域，当燃烧发生时，这些区域的液态燃油油膜不完全燃烧，是形成PN的主要来源之一。
2.排气侧气缸缸壁油膜。在某些工况下开阀喷射，燃油喷雾和空气气流混合不充分，部分液态燃油颗粒被进气气流带到排气侧的气缸缸壁积聚，形成液态油膜，后续不完全燃烧，形成颗粒排放物。
3.排气侧气缸缸壁油膜。在某些工况下开阀喷射，燃油喷雾和空气气流混合不充分，部分液态燃油颗粒被进气气流带到排气侧的气缸缸壁积聚，形成液态油膜，后续不完全燃烧，形成颗粒排放物。
PFI发动机降低PN排放的措施
1.喷油器雾化设计优化
当PFI发动机中燃油被喷入发动机进气道时，同进气道中的空气充分混合，随后混合气被吸入气缸中参与后续的燃烧过程。中小负荷下，较少的喷油量被喷入进气道，在进气道内有足够的时间进行蒸发，能够和空气充分混合，进气过程中较易形成混合充分均匀的混合气，在后续燃烧中充分燃烧，产生的PN排放水平较低。这是PFI发动机在中小负荷条件下PN排放通常优于GDI发动机的主要原因。但当处于大负荷区域时，随着喷油量的增加，燃油在进气门附近形成越来越多的液态油膜，被带入气缸内造成较高的PN排放。此时，如何优化喷油器喷雾形状，促进燃油喷雾和进气道空气充分混合，就变得十分重要。
2.喷油时刻的优化
在大负荷工况下，还可以通过对喷油器喷油时刻的优化降低PN排放。通常PFI发动机的喷油时刻被控制在进气阀打开之前，燃油在进气道被喷射并和空气混合，即所谓的闭阀喷射（CVI）。在大负荷工况下，可以尝试开阀喷射的喷射策略（OVI），即当进气阀打开开始进气过程时，燃油同时喷入气缸内。这样，可以利用燃油喷雾和进气气流运动的配合达到混合气良好混合的目的，以降低PN排放。
3.VVT控制的优化
PFI发动机的PN排放很大一部分来自于起动和暖机过程，此过程中发动机进气道壁面温度较低，喷油器喷雾雾化条件较差，在冷的进气阀附近壁面产生较多的液态油膜积聚，成为大量颗粒排放物的来源。此时，控制VVT产生较大的气门重叠角，由于压差的作用产生内部EGR（废气再循环）效应，反流的EGR气体会冲刷进气阀上的液体油膜，使之蒸发和进气充量再次混合，达到减少油膜促进混合气混合的目的，最终降低PN排放。需要注意的是，加大气门重叠角和内部EGR，往往会造成燃烧的恶化，燃烧稳定性降低。所以，采取此措施需要同时评估对燃烧稳定性的影响，找到VVT控制的优化点，有效降低PN排放，同时也保证对燃烧的负面影响较小。
4.提高系统喷油压力
提高系统喷油压力，可以降低起动和暖机时的PN排放。其机理是，提高系统喷油压力，可以降低喷油喷雾油滴SMD，促进混合气的均匀混合过程，从而改善起动和暖机过程中的PN排放。由于生产和测试条件的限制以及燃油系统耐压能力的限制，系统压力只能提高到一定限度，对排放的改善有限。另外，该措施对PN排放的改善程度因不同PFI发动机而异。
5.大进气滚流比的进气道设计
研究发现，PFI发动机采用大滚流比的进气道设计，能够强化进气气流运动，增强燃油和进气充量的均匀充分混合，减少缸内液态油膜的产生，从而降低PN排放。需要指出的是，对于自然吸气的PFI发动机，进气道采用大滚流比设计，可能降低全负荷工况下的进气效率，影响到最大扭矩的发挥，需要对两个影响因素进行综合考虑。对于增压PFI发动机，由于增压系统的帮助，对最大扭矩往往影响较小。
6.排气后处理技术GPF(汽油机颗粒捕捉器)
和GDI发动机类似，对于降低PN排放的后处理技术，PFI发动机也可以应用GPF技术。GPF可以有效捕捉发动机排气中的颗粒物，从而降低PN排放。
GDI发动机降低PN排放的措施
GDI发动机PN排放的来源：GDI汽油机燃烧室内颗粒物主要来源有两类，一是喷油器端部的燃油湿壁，二是燃烧室壁面的燃油湿壁。这两种燃油湿壁由于油膜不能完全蒸发，均在燃烧过程中产生过浓的扩散火焰燃烧，从而导致缸内碳烟的生成。可以通过优化喷油器的喷孔几何形状及内流场、优化喷雾油束与燃烧室的匹配、以及提高喷油压力等方法，降低发动机的PN排放。
国六排放法规成本费用增加分解
经环保部测算：由国五升级到国六，轻型汽油车单车升级成本约需1200元，轻型柴油车单车升级成本约需500元，具体体现在：
增加前期研发及测试费用 | 1. 国六发达前期研发成本较高，许多机型需要全新开发 2. 满足国六法规，需要2-3年标定 3. 增加测试项目，测试成本提高 |
增加机内燃烧优化费用 | 1. 提升燃油喷射压力 2. 调整喷油规律，降低Nox 3. 多次喷射 4. 优化匹配涡轮增压器，降低HC原排 5. 优化进排气 6. 优化燃烧室设计 |
增加机外净化（后处理）的费用 | 1. 选择性催化还原系统（SCR） 2. 柴油氧化催化器（DOC） 3. 柴油颗粒捕集器（DPF） 4. 氨捕捉器（ASC） |
增加排放质保费用 | 1. 5年16万公里的排放质保需有厂家负责，排放系统部件损坏费用高 2. SCR、EGR、DPF喷油器机、共轨系统等排放不接失效导致较大更换费用 |
国六法规提前实施影响总结
①提前实施国六标准的省市基本涵盖了国内汽车消费的主要区域，这些区域最迟将在2019年7月提前实施国六，较国家规定（2020年7月1日）提前了一年；
②各汽车厂家需做好最迟2019年7月前国内大部分城市提前实施国六的准备；
③为了避免二次开发，各汽车厂家可以考虑直接开发满足国六b的发动机；
④能满足国六的发动机排量基本都在1.4L以上，随着小排量发动机的增多，各车企需重点考虑小排量发动机如何满足国六标准；
⑤随着双积分、限购限行及国六标准提前实施，后续部分地区和城市划定“零排放试验区”成为可能，因此各汽车厂商需加快向新能源汽车转型的步伐；
⑥对于二手车经销商，提前实施国六标准的地方政府，肯定会出台更严格的政策，限制达不到标准的二手车迁入，并且国五车型保值率将会大打折扣；
⑦对于消费者，如果计划购入新车，需开始考虑是否满足国六标准或者可以考虑新能源汽车。
结语
经济需发展，环境要保护，目前国内交通运输结构不合理、机动车排放超标、油品质量问题是导致环境问题的主要原因，为了留给子孙后代青山绿水，需要社会各界积极配合，国六排放法规的执行任重而道远！
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