2020泰达汽车论坛 | 玉柴钟玉伟：国六发动机排放高适应性技术的开发

9月4日至6日，由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社共同主办的第十六届中国汽车产业发展国际论坛(TEDA)隆重举行。9月6日，广西玉柴机械股份有限公司董事长助理、战略与规划高级总监钟在第二分会场发表了主题为“打赢蓝天保卫战，提升排放控制水平”的精彩演讲。

以下为现场演讲:

各位嘉宾，您好，首先非常感谢您邀请我参加本次论坛。

我今天报告的题目是国六发动机发动机排放高适应性技术的发展，和大家分享一下玉柴在提高发动机排放控制技术，保证国六发动机发动机排放的一致性和持久性方面所做的一些探索。

我的报告分为四个部分。首先，我将介绍中国发动机排放发展面临的挑战。

第二部分介绍国六排放高适应性需求对整个产品开发的影响。

第三部分和大家分享玉柴对国六发动机排放高适应性的技术研究。

最后简单总结一下。

第一部分是中国发动机排放发展面临的挑战。主要来自两个方面。首先是排放标准的要求，另一方面是用户使用复杂条件的要求。从国六法规来看，首先17691年的国六排放标准对耐久性提出了很高的要求。从这个表可以看出，对于总质量超过18吨的N3车辆，要求在70万公里或十年的有效寿命内达到排放标准，这就要求我们进行高度自适应的排放控制。

在17691国六排放标准中，也提出了排放质量保证的要求。要求将所有与排放控制相关的零件纳入排放保修零件清单，并提供不低于最低排放保修期的服务。在最短保修期内，排放控制装置因自身质量故障或排放保修零件清单中的损坏而出现故障或超标的，生产企业应承担相关维修费用。

欧洲法律法规中对此排放保修没有要求。我们主要学习美国的排放标准。但是美国的排放保修相对于美国的标准，对于18吨以上的重型车，除了里程和使用寿命之外，还有累计使用时间的限制。我们中国的国家标准不存在。比如城市车辆，自卸车，每天都要花很长时间锻炼。但是对于平均车速比较低的车辆，有可能不到70万公里就报废了，那么相当于说我们的生产企业要对这个产品整个生命周期的排放标准负责，这是一个更苛刻的要求。

尤其是2023年7月1日开始实施的国六B阶段，要在整车上安装远程监控车载终端，监控在用车辆的实时排放数据并上传，相当于说你的发动机排放的一致性和持久性要非常好，这实际上是对整个国六发展非常大的挑战。

特别是我们整个排放适应性的发展要考虑使用条件的适应性，包括我们燃料的质量，我们尿素的质量，我们机油的质量，还有环境的适应性。高温、高原、寒冷和一些极端工况，如高硫环境下频繁启停工况等。

此外，我们需要针对不同地区、不同用途的车辆做整体的匹配开发。相对于国内的地理条件，我们的使用环境远比美欧复杂，但我们的零部件技术水平和质量状况仍远远落后于欧美，执行同样的排放标准给行业带来的挑战是非常大的。

图片……左图显示发动机由于冷启动温度上升缓慢，但从排放控制的角度，我们希望SCR的温度能够快速达到有效温度。右图为频繁上坡下坡。上面的纵坐标是海拔，相当于上坡然后下坡。下图显示了后处理催化剂的温度变化。横坐标是一样的，都是时间。

可以看到，这种频繁的上下斜坡导致的催化转化器的温度也变化剧烈。为了保证后处理SCR的高转化效率，我们需要控制其温度，这也是对热管理的巨大挑战。

第二部分论述了高排放适应性要求对国六产品发展的影响。首先，第一个影响是我们的整个标定要从原来的单个发动机，转变为基于整个动力总成和整车的标定和开发的理念。

我们需要基于车载终端的应用进行标定开发，包括其配置库和全路谱库。我们应该将车辆需求的目标设置作为输入来开发我们的发动机的工作条件并评估这些数据。

主要包括一些专业模块，包括空气模块、燃料模块和后处理模块。另外还包括不同的用途，对使用区域有一些典型的要求，比如我们南北方的区别。

我们整车的竞争力除了整车的性能之外，重点在于排放的适应性和排放耐久性的控制。

二是对整个排放的高适应性要求。我国后处理技术路线选择的关键是选择有无EGR，因为DOC、DPF、SCR都很重要。此外，我们的整体高效热管理技术包括发动机的热管理以及如何保持排气系统的温度。此外，还包括我们DPF再生控制技术的选择，我们应该做主动再生还是被动再生。另外还有我们SCR的高效催化技术，实际上也包括我们的载体，以及如何选择我们的涂层。

第三个影响是我们整个发展指数的设定。我们需要从耐久性和后处理效率提升的角度来考虑排放物高适应性的要求和我们发展目标的设定。按照17691排放标准的要求，我们氮氧尾气排放的限值是0.46g/kwh。如果基于这个氮氧目标，我们需要设置氮氧发动机，也就是在催化转化器之前。这个原排气的指数也和你的路线有很大的关系。你可以看到有EGR的技术路线，没有EGR的技术路线，原排气的目标，以及我们身后的原排气都是设定不同的。

同时要设定SCR的原始转化效率和耐久后转化效率的变化，这应该是我们的发展目标。

此外，为了确保我们的后处理的耐久性和效率，我们需要对关键部件提出这些关键参数的要求，例如，燃烧室应该控制轮廓，喷射器应该控制流量，我们的增压器应该控制其压力比和流量，我们的气缸盖应该控制其涡流比，其流量系数，凸轮轴应该控制其气门正时和升程，EGR系统应该控制其流量和其响应性。

和SCR一样，我们需要将其转化效率的变化控制在一个相对较小的范围内。在这种情况下，对SCR涂层耐久性的要求也相对较高。另一方面，我们需要解决产品耐久使用过程中DPF再生造成的机油稀释问题。

根据换油的技术要求，我们按照国标7607来设定，主要从机油的品质变化指标和物理特性指标来评价机油的稀释力。

我们根据实际使用中的工况，分析整车实验前后油品质量变化的百分比，这是基于城市中的工况。通过历史数据，我们输入单位时间内机油质量的变化率，并且……将再生间隔和单次再生的时间通过实车监控，以评估整体效果。这个换油周期只有25000公里。大家都知道现在整个重型车行业都在宣传我们的10万公里换油间隔。你可以看到因为我们要保证排放的适应性，我们的DPF在使用过程中，它的再生频率比较高，这个DPF的主动再生会稀释机油，所以我们要满足用户的要求，保证我们排放的持久性，这对我们整个发展影响很大。

第三部分给大家分享一下玉柴在国六发动机排放高适应性方面做的一些技术研究。首先要做好耐久性测试周期，保证耐久性。此图为玉柴两次适应循环，黑色为国标排放耐久性工况，红色虚线和灰色虚线为我企业耐久性试验循环。从上面的对比来看，我司定义的排放耐久试验循环的工况变化会更快，高负荷的区域比例会更大。设置更苛刻的工作条件进行验证，有利于保证我们能够覆盖更多的匹配和更多的用途。

另一方面，需要保证SCR在整个生命周期内具有较高的转化效率。SCR催化器效率的下降主要来源于两个风险，一个是热老化，这是高温应用环境下DPF频繁再生和发动机原排气恶化造成的，另一个是硫老化，这是柴油质量、我们机油质量和长期里程积累造成的。

因此，首先应该将整个标定的约束边界设置得更严格，即更合理地设置发动机后处理的关键控制指标。

第二个就是我们需要做这个排放的闭环监控和自适应调整，也就是需要做一个准确的排放预测模型和喷射策略的自适应控制。

第三个方面是制定智能热管理控制策略，即基于工况和目标效率来弥补后处理效率的恶化。

对于SCR的老化，应设定后处理系统的老化适应过程，研究SCR在整个生命周期内的转化效率特性。整个实验是由发动机厂和后处理供应商共同完成的。

另外，如前所述，我们需要基于模型SCR的尿素喷射来做闭环控制，即除了我们可控的计量和氨储存所需的喷射量之外，我们还增加了一个闭环修正系数来修正整个尿素喷射。SCR下游的氮和氧传感器以及模型的估计偏差被用作输入，以触发自适应校正并调节当前的尿素喷射量。适用于系统老化、浓度控制等原因造成的氮氧化物控制偏差。

另外，从热管理方面，要保证后处理系统在不同的使用条件和工况下，特别是在冷机、冷温、低温等恶劣工况下，能够快速升温并维持，保证整个系统始终处于高效区。这样就能很好的适应实际车辆道路循环的排放控制。

从SCR入口温度监测来看，这个智能热管理的影响，首先我们要达到185度的温度才能正常加入智能热管理，SCR的启动时间是694秒。加入智能热管理后，可以提前实现尿素全程喷射，有效降低冷态下的排放污染物，像这样的启动时间缩短了465秒。

由于市场上油品质量不稳定，为了保证SCR的高转化效率，我们还研究了硫中后SCR的特性。像这样的图表是硫含量为350ppm的WHTC循环连续运行的结果。

我们测试，当SCR的累积硫含量达到每升3克左右时，SCR的转化效率已经下降到88%。这已经接近中国OBD警报的极限。在这种情况下，我们不得不启动德的技术……硫磺化或硫磺再生。

这个流程图显示了我们在脱硫方面的一些策略。从整车的角度出发，我们需要对原型车和变型车采取不同的标定，尤其是原型车，需要根据整车的特点和用户的核心诉求进行标定和验证。对于变型车，除了作为一个零件，还要考虑用户核心的需求和整车边界条件的变化，从而进行变型车的标定。

此外，我们还开发了虚拟标定技术，在不同的使用条件和工况下进行精细标定，最终目的是保证后处理SCR的高转化效率。

最后，我们简单总结一下。因为国六加大了对在用车的监控，我们要根据整车的道路运行情况，在复杂条件下进行大量的开发工作，这其实对我们的发动机和后处理系统的适应性开发尤为关键。

第二点是由于整车在道路上的运行状态，我们国家的六大法规标准中增加了质保期的要求，大大提高了各个关键部件的适应性。也就是说，我们整个行业要共同努力，达到排放质量保证的要求。

第三，第六次全国代表大会要求在整个生命周期内管理排放。我们建议一个是行业，一个是我们政府的相关部门。我们应该共同努力，确保市场上用户使用的燃料、机油和尿素溶液符合标准的要求。这样才能保证排放的一致性，才能实现。实施排放法规的初衷是为了给我们的未来创造一片更加美好的蓝天。

好了，我的报告就到这里。谢谢大家！(注:本文根据现场速记整理，未经发言人审核。)9月4日至6日，由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社共同主办的第十六届中国汽车产业发展国际论坛(TEDA)隆重举行。9月6日，广西玉柴机械股份有限公司董事长助理、战略与规划高级总监钟在第二分会场发表了主题为“打赢蓝天保卫战，提升排放控制水平”的精彩演讲。

以下为现场演讲:

各位嘉宾，您好，首先非常感谢您邀请我参加本次论坛。

我今天报告的题目是国六发动机发动机排放高适应性技术的发展，和大家分享一下玉柴在提高发动机排放控制技术，保证国六发动机发动机排放的一致性和持久性方面所做的一些探索。

我的报告分为四个部分。首先，我将介绍中国发动机排放发展面临的挑战。

第二部分介绍国六排放高适应性需求对整个产品开发的影响。

第三部分和大家分享玉柴对国六发动机排放高适应性的技术研究。

最后简单总结一下。

第一部分是中国发动机排放发展面临的挑战。主要来自两个方面。首先是排放标准的要求，另一方面是用户使用复杂条件的要求。从国六法规来看，首先17691年的国六排放标准对耐久性提出了很高的要求。从这个表可以看出，对于总质量超过18吨的N3车辆，要求在70万公里或十年的有效寿命内达到排放标准，这就要求我们进行高度自适应的排放控制。

在17691国六排放标准中，也提出了排放质量保证的要求。要求将所有与排放控制相关的零件纳入排放保修零件清单，并提供不低于最低排放保修期的服务。在最短保修期内，排放控制装置因自身质量故障或排放保修零件清单中的损坏而出现故障或超标的，生产企业应承担相关维修费用。

欧洲法律法规中对此排放保修没有要求。我们主要学习美国的排放标准。但是美国的排放保修相对于美国的标准，对于18吨以上的重型车，除了里程和使用寿命之外，还有累计使用时间的限制。我们中国的国家标准不存在。比如城市车辆，自卸车，每天都要花很长时间锻炼。但是对于平均车速比较低的车辆，有可能不到70万公里就报废了，那么相当于说我们的生产企业要对这个产品整个生命周期的排放标准负责，这是一个更苛刻的要求。

尤其是2023年7月1日开始实施的国六B阶段，要在整车上安装远程监控车载终端，监控在用车辆的实时排放数据并上传，相当于说你的发动机排放的一致性和持久性要非常好，这实际上是对整个国六发展非常大的挑战。

特别是我们整个排放适应性的发展要考虑使用条件的适应性，包括我们燃料的质量，我们尿素的质量，我们机油的质量，还有环境的适应性。高温、高原、寒冷和一些极端工况，如高硫环境下频繁启停工况等。

此外，我们需要针对不同地区、不同用途的车辆做整体的匹配开发。与中国的地理条件相比，我们的使用环境远比美国和欧洲复杂，但我们的零件技术水平和质量状况仍远远落后于欧美，而且……e实施相同的排放标准给行业带来的挑战非常大。

左图是发动机因冷启动温度上升缓慢，但从排放控制的角度，我们希望SCR的温度能快速达到有效温度。右图为频繁上坡下坡。上面的纵坐标是海拔，相当于上坡然后下坡。下图显示了后处理催化剂的温度变化。横坐标是一样的，都是时间。

可以看到，这种频繁的上下斜坡导致的催化转化器的温度也变化剧烈。为了保证后处理SCR的高转化效率，我们需要控制其温度，这也是对热管理的巨大挑战。

第二部分论述了高排放适应性要求对国六产品发展的影响。首先，第一个影响是我们的整个标定要从原来的单个发动机，转变为基于整个动力总成和整车的标定和开发的理念。

我们需要基于车载终端的应用进行标定开发，包括其配置库和全路谱库。我们应该将车辆需求的目标设置作为输入来开发我们的发动机的工作条件并评估这些数据。

主要包括一些专业模块，包括空气模块、燃料模块和后处理模块。另外还包括不同的用途，对使用区域有一些典型的要求，比如我们南北方的区别。

我们整车的竞争力除了整车的性能之外，重点在于排放的适应性和排放耐久性的控制。

二是对整个排放的高适应性要求。我国后处理技术路线选择的关键是选择有无EGR，因为DOC、DPF、SCR都很重要。此外，我们的整体高效热管理技术包括发动机的热管理以及如何保持排气系统的温度。此外，还包括我们DPF再生控制技术的选择，我们应该做主动再生还是被动再生。另外还有我们SCR的高效催化技术，实际上也包括我们的载体，以及如何选择我们的涂层。

第三个影响是我们整个发展指数的设定。我们需要从耐久性和后处理效率提升的角度来考虑排放物高适应性的要求和我们发展目标的设定。按照17691排放标准的要求，我们氮氧尾气排放的限值是0.46g/kwh。如果基于这个氮氧目标，我们需要设置氮氧发动机，也就是在催化转化器之前。这个原排气的指数也和你的路线有很大的关系。你可以看到有EGR的技术路线，没有EGR的技术路线，原排气的目标，以及我们身后的原排气都是设定不同的。

同时要设定SCR的原始转化效率和耐久后转化效率的变化，这应该是我们的发展目标。

此外，为了确保我们的后处理的耐久性和效率，我们需要对关键部件提出这些关键参数的要求，例如，燃烧室应该控制轮廓，喷射器应该控制流量，我们的增压器应该控制其压力比和流量，我们的气缸盖应该控制其涡流比，其流量系数，凸轮轴应该控制其气门正时和升程，EGR系统应该控制其流量和其响应性。

和SCR一样，我们需要将其转化效率的变化控制在一个相对较小的范围内。在这种情况下，对SCR涂层耐久性的要求也相对较高。另一方面，我们需要解决产品耐久使用过程中DPF再生造成的机油稀释问题。

根据换油的技术要求，我们按照国标7607来设定，主要从机油的品质变化指标和物理特性指标来评价机油的稀释力。

我们根据实际使用中的工况，分析整车试验前后油品质量变化的百分比，这是基于工况……城市里的国家统计局。通过历史数据输入单位时间内机油质量的变化率，通过实车监测输入再生间隔和单次再生的时间，从而对整体结果进行评价。这个换油周期只有25000公里。大家都知道现在整个重型车行业都在宣传我们的10万公里换油间隔。你可以看到因为我们要保证排放的适应性，我们的DPF在使用过程中，它的再生频率比较高，这个DPF的主动再生会稀释机油，所以我们要满足用户的要求，保证我们排放的持久性，这对我们整个发展影响很大。

第三部分给大家分享一下玉柴在国六发动机排放高适应性方面做的一些技术研究。首先要做好耐久性测试周期，保证耐久性。此图为玉柴两次适应循环，黑色为国标排放耐久性工况，红色虚线和灰色虚线为我企业耐久性试验循环。从上面的对比来看，我司定义的排放耐久试验循环的工况变化会更快，高负荷的区域比例会更大。设置更苛刻的工作条件进行验证，有利于保证我们能够覆盖更多的匹配和更多的用途。

另一方面，需要保证SCR在整个生命周期内具有较高的转化效率。SCR催化器效率的下降主要来源于两个风险，一个是热老化，这是高温应用环境下DPF频繁再生和发动机原排气恶化造成的，另一个是硫老化，这是柴油质量、我们机油质量和长期里程积累造成的。

因此，首先应该将整个标定的约束边界设置得更严格，即更合理地设置发动机后处理的关键控制指标。

第二个就是我们需要做这个排放的闭环监控和自适应调整，也就是需要做一个准确的排放预测模型和喷射策略的自适应控制。

第三个方面是制定智能热管理控制策略，即基于工况和目标效率来弥补后处理效率的恶化。

对于SCR的老化，应设定后处理系统的老化适应过程，研究SCR在整个生命周期内的转化效率特性。整个实验是由发动机厂和后处理供应商共同完成的。

另外，如前所述，我们需要基于模型SCR的尿素喷射来做闭环控制，即除了我们可控的计量和氨储存所需的喷射量之外，我们还增加了一个闭环修正系数来修正整个尿素喷射。SCR下游的氮和氧传感器以及模型的估计偏差被用作输入，以触发自适应校正并调节当前的尿素喷射量。适用于系统老化、浓度控制等原因造成的氮氧化物控制偏差。

另外，从热管理方面，要保证后处理系统在不同的使用条件和工况下，特别是在冷机、冷温、低温等恶劣工况下，能够快速升温并维持，保证整个系统始终处于高效区。这样就能很好的适应实际车辆道路循环的排放控制。

从SCR入口温度监测来看，这个智能热管理的影响，首先我们要达到185度的温度才能正常加入智能热管理，SCR的启动时间是694秒。加入智能热管理后，可以提前实现尿素全程喷射，有效降低冷态下的排放污染物，像这样的启动时间缩短了465秒。

由于市场上油品质量不稳定，为了保证SCR的高转化效率，我们还研究了硫中后SCR的特性。像这样的图表是硫含量为350ppm的WHTC循环连续运行的结果。

我们测试了当SCR的累积硫含量达到约3克/升时，SCR的转化效率下降……到88%。这已经接近中国OBD警报的极限。在这种情况下，我们不得不启动脱硫或硫再生技术。

这个流程图显示了我们在脱硫方面的一些策略。从整车的角度出发，我们需要对原型车和变型车采取不同的标定，尤其是原型车，需要根据整车的特点和用户的核心诉求进行标定和验证。对于变型车，除了作为一个零件，还要考虑用户核心的需求和整车边界条件的变化，从而进行变型车的标定。

此外，我们还开发了虚拟标定技术，在不同的使用条件和工况下进行精细标定，最终目的是保证后处理SCR的高转化效率。

最后，我们简单总结一下。因为国六加大了对在用车的监控，我们要根据整车的道路运行情况，在复杂条件下进行大量的开发工作，这其实对我们的发动机和后处理系统的适应性开发尤为关键。

第二点是由于整车在道路上的运行状态，我们国家的六大法规标准中增加了质保期的要求，大大提高了各个关键部件的适应性。也就是说，我们整个行业要共同努力，达到排放质量保证的要求。

第三，第六次全国代表大会要求在整个生命周期内管理排放。我们建议一个是行业，一个是我们政府的相关部门。我们应该共同努力，确保市场上用户使用的燃料、机油和尿素溶液符合标准的要求。这样才能保证排放的一致性，才能实现。实施排放法规的初衷是为了给我们的未来创造一片更加美好的蓝天。

好了，我的报告就到这里。谢谢大家！

(注:本文根据现场速记整理，未经发言人审核。)

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