 市场上有许多车型，在切换为国六排放标准之后，动力参数都有不同程度的下滑，比如福克斯，或者虽然动力参数不变，实际加速能力却变弱了，再比如A4L。国六标准是造成这一现象的罪魁祸首吗？又是什么因素，导致了发动机动力的损失。  要了解这一点，首先我们得看国六相比国五升级了什么？ 首当其冲便是排放污染物种类的丰富和限值的进一步降低。 发动机排放污染物基本都是在气缸内燃烧过程产生，主要包括以下几类：THC、NMHC、NOx、CO和固体颗粒物。 THC和NMHC都指的是烃类，也就是碳氢化合物的总含量。其中THC是总烃，而NMHC则是指除甲烷以外的所有碳氢化合物（烃类）。单独将其列出是因为NMHC的危害较大，可能造成光化学烟雾。 CO我们都很清楚，是一氧化碳。 NOx是氮氧化物，其包含多种化合物，如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮 (NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮 (N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等，这些化合物大多有毒。作为空气污染物的氮氧化物（NOx）一般指一氧化氮和二氧化氮。NOx是形成酸雨和光化学烟雾的主要物质。 国六中还将氮氧化物中的N2O单独拎出来进行限制，N2O俗称笑气，曾作为麻醉剂使用，对神经系统有损伤。单个分子的温室效应是CO2的200倍以上，而且会破坏臭氧层。 要满足国六排放，就得更加严格地消除这些污染物。降低发动机排放水平的手段大致有两类，消减和治理。前者从根源出发，直接减少发动机内燃烧产生的污染物。后者则专注于将已有的尾气清洁。我们先来看前一种。 从前边尾气污染物组成的分析可以看到，很多污染物的产生原因是燃烧不充分。比如CO，燃烧充分的话就会被转化为CO2。HC也是同样道理，如果能够充分燃烧就会生成水和二氧化碳。 对这类燃烧不充分产生的污染物影响最大的就是过量空气系数或者叫空燃比，即燃油与空气的比例，理论上一份汽油中的各种化学物质与14.7份空气可以完全反应。燃油多了，就是过浓混合气，此时氧气不够，一部分碳与氢自然燃烧不完全。 因此，工程师们琢磨了稀薄燃烧技术。也就是提高空燃比/过量空气系数，少喷油，多空气。一个碳原子旁边跟着两三个氧分子，就算一开始配对成CO，也会有更多的氧分子来插一脚，继续氧化变成稳定的CO2。  可以从图中看到，CO的浓度基本上是随着空燃比提高而降低，达到理论空燃比之后，下降就很缓慢了，而HC的浓度则会有一些起伏，那是因为HC的生成还与缸壁淬冷效应、燃烧室缝隙效应、壁面油膜吸附效应、积碳吸附效应等因素有关，空燃比较低，混合气较浓时，主要是不完全燃烧导致的HC排放大量增加，而混合气过稀时，火焰不能完全传播，也会造成HC浓度的回升。 但是注意，虽然保持理论空燃比附近或者略高时，CO和HC排放最低，但此时NOx的排放量却也是最大的，这是因为NOx的生成需要高温与较高的氧浓度，在理论空燃比稍偏高位置时，燃烧最为充分，温度最高，同时还有充足的氧含量，因而NOx排放最多。 从这个例子中也可以发现，发动机排放的治理绝非一蹴而就，反而是此消彼长。降低一种污染物的措施会导致另一种排放量的提高。同时，也有些手段虽然利于排放，但不利于发动机的其他如动力、经济等性能。往往需要多种手段齐上，互相妥协，达成平衡。 再举一个例子，点火正时，也就是火花塞点火的时机。点火正时影响燃烧室的温度和压力，决定了燃烧始点和缸内燃烧的最高温度，对HC 和NOx 的排放有显著影响。  如图，减小点火提前角，让燃烧室体积缩小，混合气压力提高，燃烧过程更为迅速，后燃期缩短，有助于减少NOx排放，但过小的点火提前角会导致排气温度升高，有损燃油经济性和动力性。 内燃机内部发生的燃烧过程看似只是短短一瞬，但其中的变化却尤为浩瀚，在车辆工程专业中，燃烧学本身便是一个重要的专业方向。一篇小小的讲堂自然无法尽述，前边举的例子也忽略了许多要素，比如转速、负荷，某一种控制排放的措施，可能适用于高速高负荷，却无法适应低速低负荷或者冷启动。 我们目前广泛采用的缸内直喷就是其中之一。相对于进气道喷射，缸内直喷可以精确控制喷油量，同时实现分层燃烧，让先燃带动后燃，减少爆震，便于实现稀薄燃烧。但缸内直喷留给油气混合的时间短，混合气不均匀，在低负荷时会出现颗粒物排放增加的现象。 国六相比国五就用PN颗粒物数量和PM颗粒物质量，来额外对汽油机的排放颗粒物数量做了限制。因此，如果说一般的缸内直喷可以达到国五的要求，但面对国六排放就显得有些不足。 对此，很多新发动机都采用了350Bar的高压直喷，更高的压力可以让汽油更好地雾化，更加容易到达气缸的各个偏远位置。高压的汽油射流可以让气缸内的空气产生剧烈的紊流运动，从而使汽油和空气混合的更好。为了达到最好的混合效果，充分利用空气流动，喷油嘴的位置，燃烧室的形状都有讲究。 此外，还有双喷射技术，充分发挥进气道喷射和缸内直喷的优点，扬长避短。比如丰田的D-4S，大众的MPI+TSI。马自达的利用均质填充，火花塞控制压燃的SPCCI，起亚的可调气门持续期的CVVD，还有从柴油机那边学来的EGR废气再循环等等技术，都可以使混合气更加均匀，燃烧更加充分，从而在源头上，减少污染物的产生。 但是，以上手段都有一个前提，那就是需要在发动机设计阶段便纳入考量，很难通过后期的改装达到目的。车企们的技术升级都会跟着政策变化走，基本上当新的标准施行，新一代的发动机也就可以诞生了。 可国六的到来却有些太快了，国五2017年才开始全面施行，而短短两年之后，国六就来了，要知道前面的国四国三国二国一平均都有4年左右的寿命，国六的到来其实是先于车企们的开发周期的，因此，对于现有的发动机应对升级最有效的措施便是升级尾气后处理，我们熟悉的三元催化。因此很多车企只能通过加强三元催化的手段满足国六的需求。  而增加三元催化器的处理能力，就好像是换上了更密的筛子。除了气态污染物，国六对于固态颗粒PN的数量也有了更严格的规定，因此发动机需要在排气管中加装GPF汽油颗粒物捕集器，相当于增加了额外的筛子。想象一下我们用筛子过滤豆浆，虽然更密更多的筛子过滤得更加干净，但也降低了过滤的速度。经过这么几道工序虽然排气干净了，但排气背压大大增加，额外消耗了发动机的动力用于把废气排出去。动力自然就降了。 此外，除了排放物限制更严格之外，国六相对比国五在排放测试的方式上也做了不少改变。不仅仅是测试循环从NEDC切换到WLTC，更引入了RDE，真实驾驶测试。还记得大众“排放门”吗，当时报道中提到：大众在车上增加了“作弊软件”从而通过了排放测试。这个“作弊软件”又是如何作弊，起作用的？ 我们知道，不论什么国家的排放测试，都遵循一套固定的测试工况，比如NEDC、WLTC、JP08等等，我们国五测试便是遵循的NEDC工况。因为是固定的，所以车辆可以通过分析车辆运行的动态，来判断出当前是否处于排放测试。从而采取一些额外的措施，比如主动降低喷油量，比如额外启用寿命较短，但效果更好的后处理工具。 过于抽象，简单的工况也助长了这种“作弊软件”的产生，NEDC由4个城市工况和1个城郊工况组成，全是简单的匀加速、匀减速、匀速、停车过程，与我们日常驾驶区别较大。因此“作弊软件”可以很轻松的将其分辨出来。而且加速减速非常平缓，对车辆动力性需求很低，从而给予了“作弊软件”操作空间。  而RDE是车辆装上一套名为PEMS的排气收集装置，按一定的规程在真实在道路上行驶获得的排放数据，能够真实反应被测车辆的排放情况，不存在测试排放低而真实驾驶排放高的情况。降动力的确可以降低排放，但要低就一起低。RDE的存在使得车企必须诚实面对动力与排放二选一问题。 但对于我们现代车辆而言，动力对于排放测试是过剩的。因此车企可以通过软件标定，只限制排放测试时会用到的，也就是日常驾驶的情况那部分动力，比如在低负荷时采用阿特金森或者米勒循环，而不影响排放不涉及的峰值输出。 这也可以解释为什么在实行国六之后，有些车明明最大功率，最大扭矩参数不变，但实际驾驶过程中却感觉到动力变差了。 我们也可以看到，今年以来，许多新发动机诞生，他们都满足了国六排放，同时动力却比之前还有提升，他们就是从设计开发阶段就考虑到了更高的排放要求，采用了比如350Bar高压直喷，双喷射、多次点火、压燃、分层燃烧、预燃烧、高压缩比、稀薄燃烧、EGR等等一系列的技术手段，从源头减少了污染物的产生。  发动机的各项性能就像是游戏中的六维属性点，总和是一定的，动力、排放、油耗、NVH等此消彼长，就看车企如何加点，如何平衡。而唯有技术的提高才能够等级加1，获得更多的属性点，做到排放提升，而其他性能没有损失。从这点上说，技术落后，才是导致老发动机升级国六动力下降的原罪。 本文作者为踢车帮 Route64 |
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