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从2020年7月1日开始,国家第六阶段机动车污染物排放标准开始在全国施行,也就是我们俗称的“国六”。国六分两个阶段,第一阶段称为“国六a”,从2020年7月1日开始施行;第二阶段称为“国六b”,从2023年7月1日开始施行。相对来说,国六a的标准宽松一些,基本上就是现在国五的升级版,而国六b就非常严格了,甚至高于欧洲的排放标准。
现在中国生产和销售的汽车,必须达到国六a的标准,否则是不允许销售的。事实上从去年开始,就有很多车企开始销售国六车型了。但是很多购买了国六汽车的人普遍反映,这国六车在动力性方面比之前的国四、国五差多了,油耗不但没有明显的下降,甚至有些车型还会增高。这究竟是为什么呢?
首先可以肯定的是:大家的反映是准确的,汽车排放从国五升到国六,确实有很多车型的动力性下降了,这方面是有数据支持的。以销量巨大的某中国特供车型为例,国五车型发动机最大功率是85千瓦,最大扭矩是150牛米,百公里加速12.6秒;而国六车型发动机最大功率是82千瓦,最大扭矩是145牛米,百公里加速14秒.。所以国五升国六,汽车的动力性确实下降了许多。
很多人会感到非常奇怪:这汽车的技术应该越来越进步,发动机也越来越先进,升功率越来越高。但是这升级排放,汽车的动力怎么反而下降了呢?
在这里我首先给大家普及一下,在不改变发动机排量与型式的情况下,改善汽车尾气排放的几种技术途径:
1、升级燃油:燃油燃烧后的产物是直接影响尾气排放的。比如汽油中的硫含量高,尾气中的二氧化硫就会超标;烯炔烃含量高,会导致尾气中的碳氢化合物含量超标;还有汽油中的重金属超标(比如锰、铅等),不仅会导致三元催化器中毒,还会增加尾气中的金属化合物含量,等等。最简单直白的说就是:给你国三的汽油,你无论如何也弄不出国六的排放来。因此升级排放首先就要升级燃油,所以现在的汽油和柴油都升级到国六标准了,燃油中的硫含量和重金属含量大大降低,尾气中的有害物质也越来越少了。
2、改善燃烧:通过技术升级,改善燃料在发动机中的燃烧状态,让燃料在各种工况下都能燃烧得更加充分,提高发动机热效率,也就是改善机内净化。这方面可以做的内容非常多,比如改善进排气系统,采用可变气门正时与升程技术;改善冷却系统,将排气系统与气缸盖集成为一体等;改善燃油供给系统,增大燃油喷射压力,采用缸内直喷技术等;改善燃烧室形状,改善可燃混合气在燃烧室中的流动;等等。总之,这方面是最复杂、也是技术含量最高、成本最高、耗费时间最长的,但这是最彻底的解决方法,只有技术实力雄厚、技术储备足够的大型车企才能够做到。
3、改善标定:也就是改变发动机的控制程序,改变点火时间及燃油供给量。比如精确计算发动机点火时间,让火花塞在最合适的时刻跳火,在动力性与经济性发生矛盾时,更偏向于经济性;此外还可以减少燃油喷射量,牺牲发动机动力,换取较低的尾气排放。等等。
4、改善尾气处理方式:汽油车的尾气处理,主要是依靠三元催化器,改善三元催化器的催化效率,就可以改善汽车的尾气排放;柴油车的尾气处理主要依靠颗粒捕捉器以及SCR系统,相当于增加了排气系统的背压。
以上几种方法,改善燃烧是最彻底的,但也是技术最复杂、成本最高的处理方式,对于现阶段的国内车企来说,一方面在技术上做不到,另一方面成本也太高,时间也来不及;而改善燃油已经由国内的成品油加工企业完成了,并且付出了一定的代价。所以,车企能选择的最合理、最便捷的方式就是改善标定以及改善尾气处理方法。但是这两种方法,无一例外都会导致发动机动力性下降。
先来说说改善标定的方法。
现在的发动机都是电控的,进气系统一般都采用可变气门正时与升程技术,由发动机控制单元来控制发动机的进气量、点火时间及燃油喷射,以此来控制发动机的动力输出。所以,只要是改变发动机的控制逻辑,就可以改变燃油在发动机中的燃烧状态,进而改善尾气排放。
比如我们在急加速时,在之前的国四、国五发动机控制逻辑里,会瞬间增大燃油供给量,加大点火提前角,燃油在发动机中燃烧状态恶化,尾气中的有害物质增多,但是可以获得较大的动力输出;而现在国六发动机控制逻辑是这样的:驾驶员急加速,迅速踩下油门踏板,燃油供给系统不是立即增加燃油供给量,而是缓慢的增加,燃料在发动机中始终保持稳定燃烧状态,尽可能的不让燃烧恶化,燃料燃烧更充分,这样就达到了改善尾气排放的目的。但由于燃油增加不及时,所以汽车的动力性就会有所下降,给我们在直观感受就是汽车的加速比之前慢了。
此外,为了降低发动机在高转速下的尾气排放,某些车型还会采用降低最大功率及最大扭矩转速的方法,这样也会导致发动机的动力性下降。也就是说,发动机在最高转速会有所下降,比如原先国五发动机最高可以达到7000转/分钟的红线转速,国六发动机可能只能达到6500转/分钟。还有发动机的扭矩平台变窄,原先在4000转/分钟的转速时仍然有较大的扭矩,现在可能在3500转/分钟的转速时扭矩就开始下降了。驾驶员的直观感受就是汽车动力的持续性不如之前好了,没有之前绵绵不绝的感觉。
再来说说改善尾气处理方式。现在不论是汽油机还是柴油机都必须使用尾气处理装置,将燃料燃烧后产生的废气中的有害物质转化为无害的氮气、二氧化碳和水。
对于汽油机来说,尾气处理的主要方法是在排气系统中加装三元催化器。从国二开始,汽油机就开始使用三元催化器了,随着排放标准的日益提高,三元催化器的催化效率和控制逻辑也越发的严苛。不同排放标准下的三元催化器是不一样的,国五升国六,三元催化器的催化效率更高了,但是对排气的阻滞也更严重了,排气背压增大,进而影响发动机充气效率,降低了发动机的功率和扭矩。此外,对尾气的检测也更加灵敏与严苛了,只要检测到尾气排放超标,就会立即减小喷油量,这也会导致发动机动力下降。
对于柴油机来说,尾气处理的主要措施有氧化催化转换器(DOC)、颗粒捕集器(POC)、颗粒过滤器(DPF)以及选择性催化还原技术(SCR)等几种。现在的国六车型上,基本以上的措施会综合使用。但是这样做的副作用是:发动机排气背压增大,进气效率降低,动力性有所下降;同时排气系统中传感器检测到排放超标,就会立即指令减少喷油量,限制发动机输出扭矩。所以,很多开卡车的老司机都反映,排放标准越升级,汽车动力越不足。之前国二、国三的柴油机,标载八吨的汽车敢拉二十多吨,而现在拉十几吨就很吃力了。
所以,这次国五升国六,很多车企采用的都是改善尾气处理方式的方法,并改善发动机控制逻辑,减少喷油量,以降低尾气排放。也就是说,直接更换一个国六的三元催化器,并适当的改写发动机电控单元控制程序,国五升国六就完成了,而发动机的本质并没有变化。这就是国五升国六后汽车动力下降的根本原因。不过即使这样,还是有一些车企无法完成这个升级,生产不出国六车型,不得不退出中国市场。但是也有一些非常优秀的车企,通过对发动机硬件升级,达到了国六的排放标准,这样的车企是非常值得敬佩的。
但这只是国六排放第一阶段的标准,也就是我们所说的国六a,如果升级到国六b,那么这种单独处理排气系统的措施就不够用了,必须对发动机本体做出结构性的改变,也就是首先改善燃料在发动机中的燃烧状态,提高缸内净化的分量,剩余的部分由机外净化完成。这个难度,有很多车企是跨不过去的,相信到时候又会淘汰一批没有技术含量、只知道买买买、抄抄抄的车企,我们就拭目以待吧!
最后老侯来说说自己对国六的看法:中国的国六排放标准,其实是在发动机技术没有达到一定水平硬上的一个标准,个人感觉有些仓促,有拔苗助长的感觉。汽车发动机的升级换代,都是有一定规律的,需要一定的研发周期,并且越往后技术难度越高。中国的机动车尾气排放标准,从国四到国五用了八年,而从国五到国六只有三年,这个时间是不足以让车企完成发动机升级换代工作的。很多车企的技术储备不足以完成这个升级,就只能采取投机取巧的方法,加大发动机的机外净化力度,同时降低发动机的动力性能,这样暂时满足了排放标准,但是汽车的性能也随之下降。这是不是与我们的初衷背道而驰呢?
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