005法规类.1、标准法规升级与天然气汽车技术发展140320

GB18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段） 方法（车载法）
GB17691-2005车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国III、IV、V阶段）
HJ437-2008车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断(OBD)系统技术要求
HJ438-2008车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排放控制系统耐久性技术要求
传感器价格差10倍以上
应用现状 系统成本
大量用于汽油机 低
目前应用少 很高
三元催化技术成熟度很高 价格相差超过1万元
✓稀燃仍然需要氧化催化器解决CH4排放，总体成本会高1.5～2万元 ✓国Ⅴ排放延续国Ⅳ路线，主流技术仍是稀燃，确保整机的可靠性 ✓SCR成本和使用问题解决之前，国Ⅵ排放可能转为当量燃烧为主
标准法规升级与天然气汽车技术发展
李开国 中国汽车工程研究院 国家燃气汽车工程技术研究中心
2014年3月
目录
1
天然气汽车标准体系
2
排放标准与技术趋势
3
安全标准与技术趋势
4
燃料标准与技术趋势
天3、然天气然汽气汽车车标标准准体体系系
发展概述
•天然气汽车在32个省级行政区推广，已形成“示范辐射周边、区域辐射全国” •保有量近350万辆，加气站4000余座，年代燃油约2300万吨，减排二氧化碳1400万吨 •OEM原厂车发展迅速，乘用车达到国Ⅳ水平，商用车达到国Ⅴ水平，动力系统技术紧跟 汽、柴油车发展，整车及零部件专用化设计水平显著提升 •标准体系基本完善，包括8个领域，车用标准涉及5个方面
怠速调整量
估算当前转速的 最大进气量量
根据加速踏板位 置和当前转速计
算转矩系数
扭矩损失
摩擦、空调、 风扇，转向、
电机等
离合器处的最大 扭矩
离合器处的最小 扭矩
（tq_loss,tco）
离合器请 求指示扭
矩
怠速扭矩 积分增量
变速器扭矩限 制
(手动档取 0x7FFF)
扭矩协调管理
扭矩模型的牵引力控制 (与传动控制器匹配，
GB/T29125—2012压缩天然气汽车燃料消耗量试验方法
GB/T17676—1999天然气汽车和液化石油气汽车 标志 GB/T17895—1999天然气汽车和液化石油气汽车 词汇
GB/T18437.1—2009燃气汽车改装技术要求 第1部分：压缩天然气汽车 GB19344—2003在用燃气汽车燃气供给系统泄漏安全技术要求及检验方法 GB/T27876—2011压缩天然气汽车维护技术规范
排4、放技标术准发展与现技状术与趋趋势势
商用车单燃料-后处理系统
起燃温度 反应剂
OBD解决方案 可靠性
三元催化器
SCR
250～300℃
350～400℃
Pt/Pd/Rh促进
NH3
HC+NOx，CO+NOx等反
应，同时解决NOx、CO
和HC
前后氧传感器
NOx传感器
好
管路、尿素泵易堵塞
备注 拥堵城市SCR效率受限 SCR需补充尿素，控制故障或使 用不当会造成二次污染
车载诊断(OBD)系统技术要求(HJ437)
阶段
OBD系统
限制（NOx g/(kW.h)）
备注
国Ⅳ OBD1+Nox控制 国Ⅴ OBD2+Nox控制
5.0/7.0 3.5/7.0
NOx＞7.0g/(kW.h)时，电控系统应 激活扭矩限制功能，点亮故障指示 灯，存储故障码
燃烧技术路线选取、电控系统和后处理的协同优化控制是关键！
乘用车两用燃料-后处理
✓甲烷是饱和碳氢链，难于催化 ✓水蒸气使Pd转化效率大幅下降 ✓传统催化器对天然气耐久性差
✓催化器制备技术：
• 高性能稀土储氧材料技术 • 耐高温高比表面材料技术 • 贵金属匹配及其涂层工艺
✓催化器匹配技术：
• 空速、安装布置等匹配技术 • 空燃比、点火角等标定技术
✓THC中的80%以上为甲烷 ✓甲烷无毒，是温室气体
2
排放标准与技术趋势
3
安全标准与技术趋势
4
燃料标准与技术趋势
三大关键技术
排4、放技标术准发展与现技状术与趋趋势势
பைடு நூலகம்
乘用车 两用燃料
多点顺序喷射
燃气最优点火与燃 料管理的控制策略
商用车 单燃料
商用车 双燃料
应用类型
多点顺序喷射 单点集中喷射
专用发动机设 计与控制策略
共轨式柴油机 机械泵柴油机
基础技术
高替代率与高可靠 性的最优控制策略
慢 最低比气耗较低 低扭不足，气耗无明显优势
低 易失火 较高 国Ⅴ短，国Ⅵ长
排4、放技标术准发展与现技状术与趋趋势势
商用车单燃料-电控技术
➢ 软件采用AUTOSAR标准架构， 上层算法与底层硬件分开
➢ 以扭矩控制为主线，支持增 压发动机和稀燃控制
➢ XCP标准协议 ➢ 整车J1939标准协议
点
喷
E
GBT29125-2012压缩天然气汽车燃料消耗量试
专用装置技术条件、安装要 求、减压调节器、专用装置、 电磁阀、高压管路等
基础标准 2项
整车标准 8项
验方法 GB7258-2012 机动车运行安全技术条件
QC/T691—2011车用天然气单燃料 发动机技术条件 QC/T692—2011汽油/天然气两用
商用车单燃料-技术路线
两种技术路线
空燃比
设计 参数
动力性 经济性 可靠性
投入
点火系统
增压度 压缩比 后处理 本体设计
功率 瞬态响应 发动机
整车 热负荷 燃烧稳定性 生产成本 开发周期
当量燃烧+三元催化 +(EGR)蓝色为优势
λ=1 对于点火系统的要求低 能量略高于汽油(35mJ)
最高2.0 受爆震限制，不高于10.5 三元催化满足国Ⅴ、国Ⅵ 强化冷却、燃烧、排气等 与原机相当，低速扭矩好
试验里程 （km）
国Ⅳ
1.00
0.10
0.08
8万
进行
国Ⅴ
1.00
0.100
0.060(↓25%)
16万
进行
阶段
国Ⅳ 国Ⅴ
V型试验（污染控制装置耐久性试验）
完成V型试验之前劣化系数
一氧化碳（CO）
碳氢化合物（HC）
氮氧化物（NOx）
1.2
1.2
1.2
1.5
1.3
1.6
电控系统精细化控制和后处理系统耐久性工艺技术是关键！
燃料发动机技术条件
GB/T18363—2001汽车用压缩天然气加 气口 GB17258—2011汽车用压缩天然气钢瓶 GB17926—2009 车用压缩天然气瓶阀 GB19533—2004汽车用压缩天然气钢瓶 定期检验与评定
专用装置 13项
国标23项 其他20项
发动机 标准3项
储气瓶及 附件标准
6项
传统三元催化10万公里后HC转化效率（L: CNG, R: Petrol）
排4、放技标术准发展与现技状术与趋趋势势
商用车单燃料-标准法规
国IV、国V阶段污染物限值对比表(GB17691)
法规\污染物
CO
国Ⅳ
4
NMHC
CH4
0.55
1.1
NOx
PM
3.5
0.03
国Ⅴ
4
0.55
1.1
2(↓43%)
0.03
ASR/MSR控制)
扭矩瞬态 计算
实际扭矩 估算
扭矩选择与工作 模式
扭矩安全请求
怠速调整量
快速控制扭矩
慢速控制扭矩
怠速调整量
功率扭矩限 制
(toil,tco修 正)
扭矩保留值计算
点火效率对扭矩的影响
扭矩控制核心策略
点火系控制
计算倒拖模式下 的最小扭矩
进气量设定
tqi_sp_maf
电子节气门 ETC控制
排4、放技标术准发展与现技状术与趋趋势势
乘用车两用燃料-电控技术
•基于PFI的两用燃料
主从ECU 跟随控制 单一ECU 主动控制 •基于GDI的两用燃料
发展 方向
发展 方向
燃气组分自学习控制 完整的燃气EOBD技术 燃气时最优增压控制 燃气时最优VVT控制
应用拓展
发展 方向
双主ECU
主动点火提前控制 主动计算燃气喷射 与汽油的主动协同
量协同控制是关键
掺烧前后原始排放对比
排4、放技标术准发展与现技状术与趋趋势势
商用车双燃料-标准法规
标准现状
未明确标准限值和测试方法
暂行方法（2011年提出）
1. 有纯柴油模式时应该满足柴油机要求 2. 柴油天然气掺烧模式 （1）污染物排放
• QCT694-2002提出需符合 GB17691，但其仅规定柴油或天 然气单燃料发动机试验方法
扭
…
火
射
T
矩
…
C
应用层任务向量
应用层 软件 ASW
应用层标 定数据
基础软件模块(BSW)
XCP 标定
AD
PW M
开关
……
喷嘴 驱动
BSW函数接口向量
引导程序(Bootloader) ECU硬件
软件架构
底层标定 数据
中国汽研开发的新一代单一燃料ECU
根据转矩系数判断 是否进入怠速模式
启动扭矩计算
（转速偏差，冷却水温）
排放标准与技术趋势
商用车双燃料-概述
重型柴油车现实问题
➢ 新车国Ⅳ，但油品覆盖全国尚需时日，国Ⅴ柴油 成本更高，减排压力大
➢ 大量黄标车和几乎全部工程机械、发电机组仍采 用机械泵，排放问题严重
➢ 油价高涨和柴油荒推高运输成本
纯柴油和掺烧热效率对比
柴油天然气双燃料技术
➢ 高压缩比，较单一燃料热效率更高 ➢ 可纯柴油，较单一燃料续驶里程长 ➢ 继承原机本体设计，开发周期更短 ➢ 较柴油机显著降低了PM和CO2 ➢ HC和CO排放控制、柴油自动减油和燃气适时适
燃料标准 5项
QCT694-2002柴油/压缩天然气双 燃料发动机技术条件
GB 18047—2000 车用压缩天然气 GB/T 26127-2010 车用压缩煤层气 GB/T 19204-2003液化天然气的一般特性 GB/T 13611-2006 城镇燃气分类和基本特性 GB 17820-2012 天然气
天然气单燃料发动机已实行国Ⅴ，柴 油机实行国Ⅳ ，国Ⅴ 双燃料发动机 再次缺乏检验标准，需抓紧制/修定！
快 最低比气耗较高 低扭好，实际气耗并不高 高（需整机强化设计）
稳定 较低 国Ⅴ长，国Ⅵ短
稀薄燃烧+氧化 催化+(SCR)红 色为优势
λ=1.55～1.60 高能点火设计(80～160mJ) 需要关注线圈可靠性和EMC
最高2.5 10.5～11.5 氧化催化，国Ⅵ需增加SCR 在原机上进行适当强化即可 与原机相当，增压限制低扭
GB24160—2009车用压缩天然气钢质内
排放6项
胆环向缠绕气瓶
DB11 964-2103车用压燃式、气体燃料点燃式发动机
GB24162—2009汽车用压缩天然气金属
与汽车排气污染物限值及测量方法（台架工况法）
内胆纤维环缠绕气瓶定期检验与评定
DB11 965-2013重型汽车排气污染物排放限值及测量
国Ⅵ（未来）
4
0.16
0.5
0.46(↓77%) 0.01
•京Ⅴ排放对发动机采用更加严格的WHTC循环（DB11 964-2013），平均转速仅为额定转速的36%， 平均功率是额定功率的17%，分别较国Ⅴ的ETC循环下降了21个百分点和14个百分点
•京Ⅴ排放对整车还必须采用车载法进行测试（DB11 965-2013）
燃料经济性 • 天然气汽车燃料消耗量限值
发动机
专用装置 及零部件
• 液化天然气发动机技术条件 • 柴油—LNG双燃料发动机技术条件
• 液化天然气汽车专用装置管路技术要求 • 液化天然气汽车用截止阀（自动、手动） • 液化天然气汽车用瓶阀 • 液化天然气汽车用自增压器、混合器、汽化器
目录
1
天然气汽车标准体系
天3、然天气然汽气汽车车标标准准体体系系
标准体系修订需求
一些标准多年前颁布实施，随着技术发展，需要修订和补充
部分借鉴国外标准内容，其试验验证工作和可操作性有待改进提高
需要更加深入的技术开发和基础研究，完善检测方法与能力
修订计划
安全性
• 燃气汽车改装技术要求 • 液化天然气汽车燃料泄漏量限值及试验方法 • 液化天然气汽车用安全阀
✓GDI结合VVT或增压可降油耗25%以上，是汽油先进技术趋势，燃气必须紧跟应用 ✓基于GDI汽油机可发挥天然气抗爆性优势，进一步提升燃气时的效率并降低排放 ✓技术研发的关键燃气喷射模型、是VVT（增压）最优控制和油气的最优协同控制
总体趋势：紧随汽油技术，结合燃料特性，提升整机效率！
排4、放技标术准发展与现技状术与趋趋势势
重点难点
OEM 市场 OEM/改装市场
OEM 市场 OEM/改装市场
OEM 市场 OEM/改装市场
市场推广
排放标准与技术趋势
乘用车两用燃料技术-标准法规
中国第四、五阶段轻型汽车污染物排放限值及测量方法对比表
阶段
与两用燃料车相关的型式核准试验项目
I型试验
V型试验
OBD
排放限值（g/km） 一氧化碳（CO） 碳氢化合物（HC） 氮氧化物（NOx）
燃气汽车标准体系
基 础 标 准
整 车 标 准
发 动 机 标 准
专 用 装 置
气 瓶 及 附 件
气 质 标 准
加 气 机 标 准
加 气 站 标 准
天3、然天气然汽气汽车车标标准准体体系系
CNG/LNG汽车主要标准
GB/T26780—2011压缩天然气汽车燃料系统碰撞安全要求 GB/T23335—2009天然气汽车定型试验规程