本刊記者 于占波 崔柳青 文/圖

集成化趨勢(shì)明顯：柴油機(jī)國(guó)Ⅵ技術(shù)基本就緒

本刊記者 于占波 崔柳青 文/圖

A Review of Domestic Diesel Engine of National Standard Ⅵ on Right Track

根據(jù)2016年10月環(huán)保部發(fā)布的《車(chē)用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車(chē)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法(中國(guó)第六階段)(征求意見(jiàn)稿)》，我國(guó)計(jì)劃在2020年1月1日全面實(shí)施國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)。如果按期執(zhí)行的話，那么意味著在剛剛?cè)鎸?shí)施國(guó)Ⅴ之后，距離國(guó)Ⅵ升級(jí)只有不到3年時(shí)間。從技術(shù)升級(jí)難度和開(kāi)發(fā)周期來(lái)看，整車(chē)制造商、發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)以及柴油噴射及后處理相關(guān)系統(tǒng)提供商都將面臨著新的挑戰(zhàn)。在近期舉行的一個(gè)專(zhuān)業(yè)展會(huì)上，記者對(duì)多家參展企業(yè)進(jìn)行了走訪，相關(guān)信息表明，各方對(duì)于國(guó)Ⅵ升級(jí)的準(zhǔn)備情況要比預(yù)期樂(lè)觀。

從技術(shù)角度來(lái)看，柴油機(jī)國(guó)Ⅴ升級(jí)到國(guó)Ⅵ，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與后處理系統(tǒng)提出了更高的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)本體需要采用更高壓力的共軌和噴射系統(tǒng)，重型柴油機(jī)還要增加EGR(廢氣再循環(huán))裝置；在后處理系統(tǒng)方面，重型柴油機(jī)需要在SCR(選擇性催化還原)基礎(chǔ)上增加DOC(氧化催化器)和DPF(顆粒物捕捉器)來(lái)降低顆粒物，還需提高SCR的尿素噴射量；之前采用DOC+DPF的國(guó)Ⅴ輕型柴油機(jī)則必須要增加SCR系統(tǒng)。

增加EGR系統(tǒng)升級(jí)到國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)的華菱漢馬柴油機(jī)

當(dāng)然，增加的這些系統(tǒng)和裝置并不是簡(jiǎn)單的機(jī)械疊加，需要對(duì)車(chē)輛整體設(shè)計(jì)及工況進(jìn)行綜合考慮。由于目前國(guó)內(nèi)柴油機(jī)已經(jīng)升級(jí)到國(guó)Ⅴ，在這一基礎(chǔ)上發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的升級(jí)難度相對(duì)較低。據(jù)華菱星馬汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所所長(zhǎng)助理劉世峰介紹：國(guó)Ⅴ升級(jí)國(guó)Ⅵ，除了增加后處理系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)本體也有相應(yīng)變化。華菱從國(guó)Ⅳ升級(jí)國(guó)Ⅴ時(shí)就已經(jīng)對(duì)國(guó)Ⅵ進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，預(yù)留了很多國(guó)Ⅵ方案。采用原有國(guó)Ⅴ平臺(tái)升級(jí)，縮短了國(guó)Ⅵ產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。目前在12 L國(guó)Ⅴ發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)上，華菱通過(guò)增加EGR系統(tǒng)，提高共軌系統(tǒng)壓力，優(yōu)化渦輪增壓技術(shù)，升級(jí)到國(guó)Ⅵ排放。其中，EGR系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。需要根據(jù)EGR效率選擇單通道或雙通道EGR，還要對(duì)廢氣進(jìn)行中冷。

隨著排放技術(shù)不斷升級(jí)，柴油噴射及后處理系統(tǒng)所起的作用越來(lái)越大，在這一領(lǐng)域，歐美企業(yè)的整體技術(shù)水平要領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)企業(yè)。

以國(guó)Ⅵ排放升級(jí)為契機(jī)，博世柴油將業(yè)務(wù)拓展至尾氣后處理系統(tǒng)

成立于2004年的博世汽車(chē)柴油系統(tǒng)有限公司在國(guó)內(nèi)商用車(chē)市場(chǎng)一直以柴油噴射技術(shù)見(jiàn)長(zhǎng)，其生產(chǎn)的柴油共軌、噴射器等產(chǎn)品占據(jù)了極高的市場(chǎng)份額。據(jù)悉，博世目前已經(jīng)推出了噴射壓力可達(dá)200 MPa的高壓共軌系統(tǒng)，可滿足輕型和重型商用車(chē)國(guó)Ⅵ排放法規(guī)需要。據(jù)博世柴油系統(tǒng)開(kāi)發(fā)部工程師陳澤介紹：博世每年會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)燃油品質(zhì)做調(diào)查，然后根據(jù)調(diào)查結(jié)果來(lái)進(jìn)行柴油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，而不是把歐洲的產(chǎn)品直接拿到中國(guó)市場(chǎng)。博世針對(duì)中國(guó)燃油品質(zhì)，對(duì)共軌、噴油器等部件采取加強(qiáng)措施或新工藝，以滿足中國(guó)用戶的實(shí)際使用需求。此外，博世柴油還充分考慮到國(guó)Ⅵ共軌系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)接口上與上一代產(chǎn)品的延續(xù)性，以降低客戶的升級(jí)成本。

近年來(lái)，博世發(fā)現(xiàn)在排放升級(jí)時(shí)，很多國(guó)內(nèi)企業(yè)在采用博世柴油共軌和噴射產(chǎn)品后，還要單獨(dú)采購(gòu)SCR系統(tǒng)，于是，以國(guó)Ⅵ排放升級(jí)為契機(jī)，博世柴油將業(yè)務(wù)拓展至尾氣后處理系統(tǒng)的研發(fā)、匹配和制造，從而實(shí)現(xiàn)了從柴油噴射到后處理封裝的排放升級(jí)整體解決方案，一方面可以降低客戶的采購(gòu)成本，同時(shí)在技術(shù)一致性和整體性方面更有優(yōu)勢(shì)。

博世柴油后處理系統(tǒng)研發(fā)工程師董泗維告訴記者：國(guó)Ⅵ升級(jí)需要對(duì)后處理催化劑的配方和尿素噴射策略升級(jí)，同時(shí)增加了多個(gè)傳感器，對(duì)后處理工作狀態(tài)監(jiān)控更加嚴(yán)格。博世SCR系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)設(shè)計(jì)，在研發(fā)階段通過(guò)流體力學(xué)計(jì)算，采用新型混合器之后可以減少結(jié)晶。博世在臺(tái)架上模擬尿素用完的情況進(jìn)行嚴(yán)格的高溫測(cè)試，保證在缺少尿素時(shí)不會(huì)因高溫?fù)p壞尿素泵。博世的SCR系統(tǒng)還具有倒吸功能，防止冬季低溫存留在噴射針閥中的尿素溶液凍裂尿素泵。此外，如果客戶采用博世全套系統(tǒng)，還可以將SCR控制系統(tǒng)集成在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU上，不用采用單獨(dú)的DCU(尿素噴射及控制系統(tǒng))。

此外，針對(duì)顆粒再生影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率的問(wèn)題，博世柴油研發(fā)出了DPM裝置作為選裝，當(dāng)車(chē)輛每行駛1 000～2 000 km時(shí)，DPF中的壓差傳感器會(huì)發(fā)出堵塞信號(hào)，DPM裝置噴射柴油到DPF中，對(duì)里面的積碳和顆粒物進(jìn)行燃燒。

據(jù)悉，目前博世柴油無(wú)錫工廠的本土化程度正在不斷提高。在保證品質(zhì)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，博世柴油希望通過(guò)提升本土化能力，調(diào)整自己的研發(fā)節(jié)奏，以適應(yīng)中國(guó)市場(chǎng)的快速反應(yīng)要求。

與博世柴油不同，天納克(蘇州)排放系統(tǒng)有限公司是一家專(zhuān)注于商用車(chē)后處理系統(tǒng)的企業(yè)，高度的集成化能力是天納克的最大特點(diǎn)。據(jù)該公司技術(shù)工程師趙孟冬介紹，天納克現(xiàn)階段開(kāi)發(fā)的全部為國(guó)Ⅵ產(chǎn)品，覆蓋輕型和重型商用車(chē)。根據(jù)輕客、中客等車(chē)型布置空間有限的需求，特別推出把SCR與DPF集成在一起的SDPF系統(tǒng)，在DPF上面涂上SCR涂層，在DOC之后噴射尿素，體積更加緊湊，便于車(chē)輛布置。

天納克研發(fā)出全新集成式尿素噴射系統(tǒng)

根據(jù)在國(guó)Ⅳ和國(guó)Ⅴ方面積累的經(jīng)驗(yàn)，天納克研發(fā)出全新集成式尿素噴射系統(tǒng)應(yīng)用于國(guó)Ⅵ后處理，該系統(tǒng)集成了尿素泵、電機(jī)、噴嘴、控制器、傳感器，省略了加熱裝置等部件，安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，便于布置，其可靠性經(jīng)過(guò)大量測(cè)試驗(yàn)證，可滿足國(guó)Ⅵ重卡100萬(wàn)km的使用要求，成本可降低50%。該系統(tǒng)根據(jù)不同車(chē)型噴射量不同，通過(guò)改變噴嘴孔直徑就可以覆蓋所有車(chē)型，其他零件全部通用。據(jù)天納克(蘇州)先進(jìn)工程及控制工程系統(tǒng)集成經(jīng)理?xiàng)钫袂蚪榻B，該技術(shù)是天納克結(jié)合全球研發(fā)資源，在中國(guó)主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，實(shí)際開(kāi)發(fā)近3年時(shí)間，主要面向國(guó)Ⅵ升級(jí)，目前已有五六輛車(chē)在做耐久試驗(yàn)。一旦量產(chǎn)會(huì)首先推向歐洲、北美市場(chǎng)。

因?yàn)槟蛩貒娚淞吭黾?，而且發(fā)動(dòng)機(jī)的排放溫度降低，國(guó)Ⅵ升級(jí)面臨的最大問(wèn)題之一就是后處理尿素結(jié)晶，結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)廢，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障。只有提高尿素霧化效果，才能使得粒徑小的尿素變成氨氣蒸發(fā)而防止結(jié)晶。據(jù)楊振球介紹，天納克的尿素霧化和混合技術(shù)獨(dú)步全球。其他企業(yè)通?？吭黾訃娚鋲毫?lái)提升霧化效果，天納克在保持0.55 MPa壓力的前提下，靠獨(dú)有的特殊結(jié)構(gòu)的噴嘴霧化技術(shù)實(shí)現(xiàn)更好的霧化，平均粒徑在45～65 um，而行業(yè)數(shù)值平均約在75 um左右。

根據(jù)中國(guó)用戶的使用習(xí)慣不同，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不加尿素的情況。天納克SCR系統(tǒng)采用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液冷卻，即使不噴射尿素也可以保證冷卻效果，避免損壞尿素泵。此外，天納克后處理封裝結(jié)構(gòu)形式很多，客戶可以從產(chǎn)品庫(kù)中找到各種相應(yīng)的產(chǎn)品。在成本控制方面，設(shè)計(jì)部門(mén)從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的第一筆就開(kāi)始考慮成本問(wèn)題，采購(gòu)部門(mén)從源頭控制零部件成本。天納克正在將技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為成本優(yōu)勢(shì)。

雖然在后處理系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)方面博世和天納克具有明顯優(yōu)勢(shì)，但是在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率方面，以威孚、凱龍為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)卻占據(jù)了一半以上的份額，這些企業(yè)除了價(jià)格優(yōu)勢(shì)，還具有更快更靈活的市場(chǎng)反應(yīng)能力。

作為國(guó)內(nèi)最早研發(fā)催化劑涂層的廠家，無(wú)錫威孚高科技集團(tuán)股份有限公司在后處理技術(shù)方面布局更早，且技術(shù)成熟。據(jù)該公司的劉晉南介紹，無(wú)錫威孚的優(yōu)勢(shì)就在于產(chǎn)品線全，除了催化劑載體和尿素箱，其他產(chǎn)品都自己生產(chǎn)。無(wú)錫威孚擁有正向開(kāi)發(fā)能力，具有完善的試驗(yàn)開(kāi)發(fā)設(shè)備，可以為客戶提供個(gè)性化產(chǎn)品。目前，在后處理系統(tǒng)方面無(wú)錫威孚主要走平臺(tái)化集成化路線，產(chǎn)品更可靠更成熟。國(guó)Ⅵ產(chǎn)品的封裝項(xiàng)目已經(jīng)處于開(kāi)發(fā)末尾階段，即將量產(chǎn)。據(jù)悉，威孚曾與國(guó)外廠家的后處理產(chǎn)品一同競(jìng)標(biāo)，雙方技術(shù)水平基本相近，主要差距還是在控制系統(tǒng)部分。

與威孚同位于無(wú)錫的凱龍高科技有限公司也是一家專(zhuān)注于后處理系統(tǒng)的企業(yè)，該公司的產(chǎn)品線非常全，包括了尿素罐、計(jì)量泵、噴射系統(tǒng)、后處理封裝以及DOC、DPF等各種載體。這也形成了無(wú)錫凱龍的一大特點(diǎn)。

據(jù)無(wú)錫凱龍應(yīng)用工程師謝佩介紹，國(guó)Ⅵ后處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度主要是增加了載體，外形更大，整車(chē)廠很多都是在原有國(guó)Ⅴ平臺(tái)產(chǎn)品上升級(jí)，布置空間沒(méi)有變化，要求在設(shè)計(jì)時(shí)要相當(dāng)緊湊。所以，無(wú)錫凱龍?jiān)趪?guó)Ⅵ階段采用產(chǎn)品集成化設(shè)計(jì)方案，后處理的DCU控制系統(tǒng)與計(jì)量泵和尿素罐集成設(shè)計(jì)，將很多管路集成到尿素罐內(nèi)部，省掉了很多需要單獨(dú)安裝的支架和連接管路，此外，泵罐總成中的零件為可拆卸，便于單獨(dú)更換檢修。

博世柴油后處理系統(tǒng)組件示意圖

從走訪總體情況來(lái)看，相關(guān)企業(yè)對(duì)于國(guó)Ⅵ技術(shù)儲(chǔ)備已經(jīng)到位，而且體現(xiàn)出鮮明的集成化趨勢(shì)。就主要技術(shù)難點(diǎn)來(lái)看，由于國(guó)Ⅵ排放限值更高，對(duì)催化劑轉(zhuǎn)化效率要求提高，SCR系統(tǒng)需要加大尿素噴射量，既要混合均勻充分反應(yīng)，又不能讓尿素過(guò)量噴射，如果溫度和流量偏低就容易出現(xiàn)結(jié)晶，因此尿素混合流道的設(shè)計(jì)是開(kāi)發(fā)中的難點(diǎn)之一。雖然上述各企業(yè)展出的后處理產(chǎn)品封裝外形大同小異，但里面的結(jié)構(gòu)、流道設(shè)計(jì)以及載體和催化劑都具有各自不同的技術(shù)特點(diǎn)。

無(wú)錫凱龍研發(fā)的國(guó)Ⅵ尿素泵罐總成

無(wú)錫威孚生產(chǎn)的各種催化劑載體

通常來(lái)說(shuō)，在每一次法規(guī)升級(jí)中都是技術(shù)領(lǐng)先型公司最好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，因?yàn)榭蛻舫跗陂_(kāi)發(fā)更加依賴(lài)技術(shù)領(lǐng)先公司，并提供一定的訂單作為回報(bào)。隨著技術(shù)的普及以及后進(jìn)入者的增加，會(huì)有更多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手加入進(jìn)來(lái)。由于國(guó)Ⅵ后處理系統(tǒng)的技術(shù)壁壘更高，對(duì)整個(gè)行業(yè)都是一個(gè)挑戰(zhàn)，整個(gè)行業(yè)或許會(huì)因此而完成一次洗牌。

At a professional exhibition held recently, reporter of magazine interviewed a few of participating corporations and learned that the preparing process for further upgrading of National Standard VI of domestic diesel engine products are better than expected in many aspects. Concerning the difficulties and developing cycle, the whole-vehicle manufactures and diesel producers, as well as diesel injection systems suppliers are currently facing a great challenge from the upgrading.