2020泰達汽車論壇 | 玉柴鐘玉偉：國六發動機排放高適應性技術的開發

9月4日至6日，由中國汽車技術研究中心有限公司、中國汽車工程學會、中國汽車工業協會、中國汽車報社共同主辦的第十六屆中國汽車產業發展國際論壇(TEDA)隆重舉行。9月6日，廣西玉柴機械股份有限公司董事長助理、戰略與規劃高級總監鐘在第二分會場發表了主題為“打贏藍天保衛戰，提升排放控制水平”的精彩演講。

以下為現場演講:

各位嘉賓，您好，首先非常感謝您邀請我參加本次論壇。

我今天報告的題目是國六發動機發動機排放高適應性技術的發展，和大家分享一下玉柴在提高發動機排放控制技術，保證國六發動機發動機排放的一致性和持久性方面所做的一些探索。

我的報告分為四個部分。首先，我將介紹中國發動機排放發展面臨的挑戰。

第二部分介紹國六排放高適應性需求對整個產品開發的影響。

第三部分和大家分享玉柴對國六發動機排放高適應性的技術研究。

最后簡單總結一下。

第一部分是中國發動機排放發展面臨的挑戰。主要來自兩個方面。首先是排放標準的要求，另一方面是用戶使用復雜條件的要求。從國六法規來看，首先17691年的國六排放標準對耐久性提出了很高的要求。從這個表可以看出，對于總質量超過18噸的N3車輛，要求在70萬公里或十年的有效壽命內達到排放標準，這就要求我們進行高度自適應的排放控制。

在17691國六排放標準中，也提出了排放質量保證的要求。要求將所有與排放控制相關的零件納入排放保修零件清單，并提供不低于最低排放保修期的服務。在最短保修期內，排放控制裝置因自身質量故障或排放保修零件清單中的損壞而出現故障或超標的，生產企業應承擔相關維修費用。

歐洲法律法規中對此排放保修沒有要求。我們主要學習美國的排放標準。但是美國的排放保修相對于美國的標準，對于18噸以上的重型車，除了里程和使用壽命之外，還有累計使用時間的限制。我們中國的國家標準不存在。比如城市車輛，自卸車，每天都要花很長時間鍛煉。但是對于平均車速比較低的車輛，有可能不到70萬公里就報廢了，那么相當于說我們的生產企業要對這個產品整個生命周期的排放標準負責，這是一個更苛刻的要求。

尤其是2023年7月1日開始實施的國六B階段，要在整車上安裝遠程監控車載終端，監控在用車輛的實時排放數據并上傳，相當于說你的發動機排放的一致性和持久性要非常好，這實際上是對整個國六發展非常大的挑戰。

特別是我們整個排放適應性的發展要考慮使用條件的適應性，包括我們燃料的質量，我們尿素的質量，我們機油的質量，還有環境的適應性。高溫、高原、寒冷和一些極端工況，如高硫環境下頻繁啟停工況等。

此外，我們需要針對不同地區、不同用途的車輛做整體的匹配開發。相對于國內的地理條件，我們的使用環境遠比美歐復雜，但我們的零部件技術水平和質量狀況仍遠遠落后于歐美，執行同樣的排放標準給行業帶來的挑戰是非常大的。

圖片……左圖顯示發動機由于冷啟動溫度上升緩慢，但從排放控制的角度，我們希望SCR的溫度能夠快速達到有效溫度。右圖為頻繁上坡下坡。上面的縱坐標是海拔，相當于上坡然后下坡。下圖顯示了后處理催化劑的溫度變化。橫坐標是一樣的，都是時間。

可以看到，這種頻繁的上下斜坡導致的催化轉化器的溫度也變化劇烈。為了保證后處理SCR的高轉化效率，我們需要控制其溫度，這也是對熱管理的巨大挑戰。

第二部分論述了高排放適應性要求對國六產品發展的影響。首先，第一個影響是我們的整個標定要從原來的單個發動機，轉變為基于整個動力總成和整車的標定和開發的理念。

我們需要基于車載終端的應用進行標定開發，包括其配置庫和全路譜庫。我們應該將車輛需求的目標設置作為輸入來開發我們的發動機的工作條件并評估這些數據。

主要包括一些專業模塊，包括空氣模塊、燃料模塊和后處理模塊。另外還包括不同的用途，對使用區域有一些典型的要求，比如我們南北方的區別。

我們整車的競爭力除了整車的性能之外，重點在于排放的適應性和排放耐久性的控制。

二是對整個排放的高適應性要求。我國后處理技術路線選擇的關鍵是選擇有無EGR，因為DOC、DPF、SCR都很重要。此外，我們的整體高效熱管理技術包括發動機的熱管理以及如何保持排氣系統的溫度。此外，還包括我們DPF再生控制技術的選擇，我們應該做主動再生還是被動再生。另外還有我們SCR的高效催化技術，實際上也包括我們的載體，以及如何選擇我們的涂層。

第三個影響是我們整個發展指數的設定。我們需要從耐久性和后處理效率提升的角度來考慮排放物高適應性的要求和我們發展目標的設定。按照17691排放標準的要求，我們氮氧尾氣排放的限值是0.46g/kwh。如果基于這個氮氧目標，我們需要設置氮氧發動機，也就是在催化轉化器之前。這個原排氣的指數也和你的路線有很大的關系。你可以看到有EGR的技術路線，沒有EGR的技術路線，原排氣的目標，以及我們身后的原排氣都是設定不同的。

同時要設定SCR的原始轉化效率和耐久后轉化效率的變化，這應該是我們的發展目標。

此外，為了確保我們的后處理的耐久性和效率，我們需要對關鍵部件提出這些關鍵參數的要求，例如，燃燒室應該控制輪廓，噴射器應該控制流量，我們的增壓器應該控制其壓力比和流量，我們的氣缸蓋應該控制其渦流比，其流量系數，凸輪軸應該控制其氣門正時和升程，EGR系統應該控制其流量和其響應性。

和SCR一樣，我們需要將其轉化效率的變化控制在一個相對較小的范圍內。在這種情況下，對SCR涂層耐久性的要求也相對較高。另一方面，我們需要解決產品耐久使用過程中DPF再生造成的機油稀釋問題。

根據換油的技術要求，我們按照國標7607來設定，主要從機油的品質變化指標和物理特性指標來評價機油的稀釋力。

我們根據實際使用中的工況，分析整車實驗前后油品質量變化的百分比，這是基于城市中的工況。通過歷史數據，我們輸入單位時間內機油質量的變化率，并且……將再生間隔和單次再生的時間通過實車監控，以評估整體效果。這個換油周期只有25000公里。大家都知道現在整個重型車行業都在宣傳我們的10萬公里換油間隔。你可以看到因為我們要保證排放的適應性，我們的DPF在使用過程中，它的再生頻率比較高，這個DPF的主動再生會稀釋機油，所以我們要滿足用戶的要求，保證我們排放的持久性，這對我們整個發展影響很大。

第三部分給大家分享一下玉柴在國六發動機排放高適應性方面做的一些技術研究。首先要做好耐久性測試周期，保證耐久性。此圖為玉柴兩次適應循環，黑色為國標排放耐久性工況，紅色虛線和灰色虛線為我企業耐久性試驗循環。從上面的對比來看，我司定義的排放耐久試驗循環的工況變化會更快，高負荷的區域比例會更大。設置更苛刻的工作條件進行驗證，有利于保證我們能夠覆蓋更多的匹配和更多的用途。

另一方面，需要保證SCR在整個生命周期內具有較高的轉化效率。SCR催化器效率的下降主要來源于兩個風險，一個是熱老化，這是高溫應用環境下DPF頻繁再生和發動機原排氣惡化造成的，另一個是硫老化，這是柴油質量、我們機油質量和長期里程積累造成的。

因此，首先應該將整個標定的約束邊界設置得更嚴格，即更合理地設置發動機后處理的關鍵控制指標。

第二個就是我們需要做這個排放的閉環監控和自適應調整，也就是需要做一個準確的排放預測模型和噴射策略的自適應控制。

第三個方面是制定智能熱管理控制策略，即基于工況和目標效率來彌補后處理效率的惡化。

對于SCR的老化，應設定后處理系統的老化適應過程，研究SCR在整個生命周期內的轉化效率特性。整個實驗是由發動機廠和后處理供應商共同完成的。

另外，如前所述，我們需要基于模型SCR的尿素噴射來做閉環控制，即除了我們可控的計量和氨儲存所需的噴射量之外，我們還增加了一個閉環修正系數來修正整個尿素噴射。SCR下游的氮和氧傳感器以及模型的估計偏差被用作輸入，以觸發自適應校正并調節當前的尿素噴射量。適用于系統老化、濃度控制等原因造成的氮氧化物控制偏差。

另外，從熱管理方面，要保證后處理系統在不同的使用條件和工況下，特別是在冷機、冷溫、低溫等惡劣工況下，能夠快速升溫并維持，保證整個系統始終處于高效區。這樣就能很好的適應實際車輛道路循環的排放控制。

從SCR入口溫度監測來看，這個智能熱管理的影響，首先我們要達到185度的溫度才能正常加入智能熱管理，SCR的啟動時間是694秒。加入智能熱管理后，可以提前實現尿素全程噴射，有效降低冷態下的排放污染物，像這樣的啟動時間縮短了465秒。

由于市場上油品質量不穩定，為了保證SCR的高轉化效率，我們還研究了硫中后SCR的特性。像這樣的圖表是硫含量為350ppm的WHTC循環連續運行的結果。

我們測試，當SCR的累積硫含量達到每升3克左右時，SCR的轉化效率已經下降到88%。這已經接近中國OBD警報的極限。在這種情況下，我們不得不啟動德的技術……硫磺化或硫磺再生。

這個流程圖顯示了我們在脫硫方面的一些策略。從整車的角度出發，我們需要對原型車和變型車采取不同的標定，尤其是原型車，需要根據整車的特點和用戶的核心訴求進行標定和驗證。對于變型車，除了作為一個零件，還要考慮用戶核心的需求和整車邊界條件的變化，從而進行變型車的標定。

此外，我們還開發了虛擬標定技術，在不同的使用條件和工況下進行精細標定，最終目的是保證后處理SCR的高轉化效率。

最后，我們簡單總結一下。因為國六加大了對在用車的監控，我們要根據整車的道路運行情況，在復雜條件下進行大量的開發工作，這其實對我們的發動機和后處理系統的適應性開發尤為關鍵。

第二點是由于整車在道路上的運行狀態，我們國家的六大法規標準中增加了質保期的要求，大大提高了各個關鍵部件的適應性。也就是說，我們整個行業要共同努力，達到排放質量保證的要求。

第三，第六次全國代表大會要求在整個生命周期內管理排放。我們建議一個是行業，一個是我們政府的相關部門。我們應該共同努力，確保市場上用戶使用的燃料、機油和尿素溶液符合標準的要求。這樣才能保證排放的一致性，才能實現。實施排放法規的初衷是為了給我們的未來創造一片更加美好的藍天。

好了，我的報告就到這里。謝謝大家！(注:本文根據現場速記整理，未經發言人審核。)9月4日至6日，由中國汽車技術研究中心有限公司、中國汽車工程學會、中國汽車工業協會、中國汽車報社共同主辦的第十六屆中國汽車產業發展國際論壇(TEDA)隆重舉行。9月6日，廣西玉柴機械股份有限公司董事長助理、戰略與規劃高級總監鐘在第二分會場發表了主題為“打贏藍天保衛戰，提升排放控制水平”的精彩演講。

以下為現場演講:

各位嘉賓，您好，首先非常感謝您邀請我參加本次論壇。

我今天報告的題目是國六發動機發動機排放高適應性技術的發展，和大家分享一下玉柴在提高發動機排放控制技術，保證國六發動機發動機排放的一致性和持久性方面所做的一些探索。

我的報告分為四個部分。首先，我將介紹中國發動機排放發展面臨的挑戰。

第二部分介紹國六排放高適應性需求對整個產品開發的影響。

第三部分和大家分享玉柴對國六發動機排放高適應性的技術研究。

最后簡單總結一下。

第一部分是中國發動機排放發展面臨的挑戰。主要來自兩個方面。首先是排放標準的要求，另一方面是用戶使用復雜條件的要求。從國六法規來看，首先17691年的國六排放標準對耐久性提出了很高的要求。從這個表可以看出，對于總質量超過18噸的N3車輛，要求在70萬公里或十年的有效壽命內達到排放標準，這就要求我們進行高度自適應的排放控制。

在17691國六排放標準中，也提出了排放質量保證的要求。要求將所有與排放控制相關的零件納入排放保修零件清單，并提供不低于最低排放保修期的服務。在最短保修期內，排放控制裝置因自身質量故障或排放保修零件清單中的損壞而出現故障或超標的，生產企業應承擔相關維修費用。

歐洲法律法規中對此排放保修沒有要求。我們主要學習美國的排放標準。但是美國的排放保修相對于美國的標準，對于18噸以上的重型車，除了里程和使用壽命之外，還有累計使用時間的限制。我們中國的國家標準不存在。比如城市車輛，自卸車，每天都要花很長時間鍛煉。但是對于平均車速比較低的車輛，有可能不到70萬公里就報廢了，那么相當于說我們的生產企業要對這個產品整個生命周期的排放標準負責，這是一個更苛刻的要求。

尤其是2023年7月1日開始實施的國六B階段，要在整車上安裝遠程監控車載終端，監控在用車輛的實時排放數據并上傳，相當于說你的發動機排放的一致性和持久性要非常好，這實際上是對整個國六發展非常大的挑戰。

特別是我們整個排放適應性的發展要考慮使用條件的適應性，包括我們燃料的質量，我們尿素的質量，我們機油的質量，還有環境的適應性。高溫、高原、寒冷和一些極端工況，如高硫環境下頻繁啟停工況等。

此外，我們需要針對不同地區、不同用途的車輛做整體的匹配開發。與中國的地理條件相比，我們的使用環境遠比美國和歐洲復雜，但我們的零件技術水平和質量狀況仍遠遠落后于歐美，而且……e實施相同的排放標準給行業帶來的挑戰非常大。

左圖是發動機因冷啟動溫度上升緩慢，但從排放控制的角度，我們希望SCR的溫度能快速達到有效溫度。右圖為頻繁上坡下坡。上面的縱坐標是海拔，相當于上坡然后下坡。下圖顯示了后處理催化劑的溫度變化。橫坐標是一樣的，都是時間。

可以看到，這種頻繁的上下斜坡導致的催化轉化器的溫度也變化劇烈。為了保證后處理SCR的高轉化效率，我們需要控制其溫度，這也是對熱管理的巨大挑戰。

第二部分論述了高排放適應性要求對國六產品發展的影響。首先，第一個影響是我們的整個標定要從原來的單個發動機，轉變為基于整個動力總成和整車的標定和開發的理念。

我們需要基于車載終端的應用進行標定開發，包括其配置庫和全路譜庫。我們應該將車輛需求的目標設置作為輸入來開發我們的發動機的工作條件并評估這些數據。

主要包括一些專業模塊，包括空氣模塊、燃料模塊和后處理模塊。另外還包括不同的用途，對使用區域有一些典型的要求，比如我們南北方的區別。

我們整車的競爭力除了整車的性能之外，重點在于排放的適應性和排放耐久性的控制。

二是對整個排放的高適應性要求。我國后處理技術路線選擇的關鍵是選擇有無EGR，因為DOC、DPF、SCR都很重要。此外，我們的整體高效熱管理技術包括發動機的熱管理以及如何保持排氣系統的溫度。此外，還包括我們DPF再生控制技術的選擇，我們應該做主動再生還是被動再生。另外還有我們SCR的高效催化技術，實際上也包括我們的載體，以及如何選擇我們的涂層。

第三個影響是我們整個發展指數的設定。我們需要從耐久性和后處理效率提升的角度來考慮排放物高適應性的要求和我們發展目標的設定。按照17691排放標準的要求，我們氮氧尾氣排放的限值是0.46g/kwh。如果基于這個氮氧目標，我們需要設置氮氧發動機，也就是在催化轉化器之前。這個原排氣的指數也和你的路線有很大的關系。你可以看到有EGR的技術路線，沒有EGR的技術路線，原排氣的目標，以及我們身后的原排氣都是設定不同的。

同時要設定SCR的原始轉化效率和耐久后轉化效率的變化，這應該是我們的發展目標。

此外，為了確保我們的后處理的耐久性和效率，我們需要對關鍵部件提出這些關鍵參數的要求，例如，燃燒室應該控制輪廓，噴射器應該控制流量，我們的增壓器應該控制其壓力比和流量，我們的氣缸蓋應該控制其渦流比，其流量系數，凸輪軸應該控制其氣門正時和升程，EGR系統應該控制其流量和其響應性。

和SCR一樣，我們需要將其轉化效率的變化控制在一個相對較小的范圍內。在這種情況下，對SCR涂層耐久性的要求也相對較高。另一方面，我們需要解決產品耐久使用過程中DPF再生造成的機油稀釋問題。

根據換油的技術要求，我們按照國標7607來設定，主要從機油的品質變化指標和物理特性指標來評價機油的稀釋力。

我們根據實際使用中的工況，分析整車試驗前后油品質量變化的百分比，這是基于工況……城市里的國家統計局。通過歷史數據輸入單位時間內機油質量的變化率，通過實車監測輸入再生間隔和單次再生的時間，從而對整體結果進行評價。這個換油周期只有25000公里。大家都知道現在整個重型車行業都在宣傳我們的10萬公里換油間隔。你可以看到因為我們要保證排放的適應性，我們的DPF在使用過程中，它的再生頻率比較高，這個DPF的主動再生會稀釋機油，所以我們要滿足用戶的要求，保證我們排放的持久性，這對我們整個發展影響很大。

第三部分給大家分享一下玉柴在國六發動機排放高適應性方面做的一些技術研究。首先要做好耐久性測試周期，保證耐久性。此圖為玉柴兩次適應循環，黑色為國標排放耐久性工況，紅色虛線和灰色虛線為我企業耐久性試驗循環。從上面的對比來看，我司定義的排放耐久試驗循環的工況變化會更快，高負荷的區域比例會更大。設置更苛刻的工作條件進行驗證，有利于保證我們能夠覆蓋更多的匹配和更多的用途。

另一方面，需要保證SCR在整個生命周期內具有較高的轉化效率。SCR催化器效率的下降主要來源于兩個風險，一個是熱老化，這是高溫應用環境下DPF頻繁再生和發動機原排氣惡化造成的，另一個是硫老化，這是柴油質量、我們機油質量和長期里程積累造成的。

因此，首先應該將整個標定的約束邊界設置得更嚴格，即更合理地設置發動機后處理的關鍵控制指標。

第二個就是我們需要做這個排放的閉環監控和自適應調整，也就是需要做一個準確的排放預測模型和噴射策略的自適應控制。

第三個方面是制定智能熱管理控制策略，即基于工況和目標效率來彌補后處理效率的惡化。

對于SCR的老化，應設定后處理系統的老化適應過程，研究SCR在整個生命周期內的轉化效率特性。整個實驗是由發動機廠和后處理供應商共同完成的。

另外，如前所述，我們需要基于模型SCR的尿素噴射來做閉環控制，即除了我們可控的計量和氨儲存所需的噴射量之外，我們還增加了一個閉環修正系數來修正整個尿素噴射。SCR下游的氮和氧傳感器以及模型的估計偏差被用作輸入，以觸發自適應校正并調節當前的尿素噴射量。適用于系統老化、濃度控制等原因造成的氮氧化物控制偏差。

另外，從熱管理方面，要保證后處理系統在不同的使用條件和工況下，特別是在冷機、冷溫、低溫等惡劣工況下，能夠快速升溫并維持，保證整個系統始終處于高效區。這樣就能很好的適應實際車輛道路循環的排放控制。

從SCR入口溫度監測來看，這個智能熱管理的影響，首先我們要達到185度的溫度才能正常加入智能熱管理，SCR的啟動時間是694秒。加入智能熱管理后，可以提前實現尿素全程噴射，有效降低冷態下的排放污染物，像這樣的啟動時間縮短了465秒。

由于市場上油品質量不穩定，為了保證SCR的高轉化效率，我們還研究了硫中后SCR的特性。像這樣的圖表是硫含量為350ppm的WHTC循環連續運行的結果。

我們測試了當SCR的累積硫含量達到約3克/升時，SCR的轉化效率下降……到88%。這已經接近中國OBD警報的極限。在這種情況下，我們不得不啟動脫硫或硫再生技術。

這個流程圖顯示了我們在脫硫方面的一些策略。從整車的角度出發，我們需要對原型車和變型車采取不同的標定，尤其是原型車，需要根據整車的特點和用戶的核心訴求進行標定和驗證。對于變型車，除了作為一個零件，還要考慮用戶核心的需求和整車邊界條件的變化，從而進行變型車的標定。

此外，我們還開發了虛擬標定技術，在不同的使用條件和工況下進行精細標定，最終目的是保證后處理SCR的高轉化效率。

最后，我們簡單總結一下。因為國六加大了對在用車的監控，我們要根據整車的道路運行情況，在復雜條件下進行大量的開發工作，這其實對我們的發動機和后處理系統的適應性開發尤為關鍵。

第二點是由于整車在道路上的運行狀態，我們國家的六大法規標準中增加了質保期的要求，大大提高了各個關鍵部件的適應性。也就是說，我們整個行業要共同努力，達到排放質量保證的要求。

第三，第六次全國代表大會要求在整個生命周期內管理排放。我們建議一個是行業，一個是我們政府的相關部門。我們應該共同努力，確保市場上用戶使用的燃料、機油和尿素溶液符合標準的要求。這樣才能保證排放的一致性，才能實現。實施排放法規的初衷是為了給我們的未來創造一片更加美好的藍天。

好了，我的報告就到這里。謝謝大家！

(注:本文根據現場速記整理，未經發言人審核。)

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