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当前，汽车行业已经开始关注未来的欧7排放标准，而为了应对欧7排放将会给汽车制造商带来怎样的技术挑战呢？
法规趋势
欧6d法规的推行正方兴未艾，严苛的欧7标准已经呼之欲出。其可能会在RDE循环与WLTP测试程序的基础上，进行略带创新的改善。这对汽车制造商来说是个好消息，但修订限值的可能性、附加的需求及严格的运转工况要求，意味着欧7具有显著意义。
据当前估计，欧7的详细内容将于2020年开始逐步具体化，并将在2025年左右引进。几乎可以保证的是将来对于汽油机和柴油机的排放需求是一样的，并已确定需将测量粒子数量（PN）的最小颗粒物尺寸从23 nm减小到10 nm，且将对任何指定车辆增加粒子测量环节。在某些地区，据说NOx的限值从当前60 mg的限值已降至35～40 mg的范围。其他常规预测包括CO2也会随着NOx限值的变动而受到相应限制，同时甲醛、乙醛和氨也被提出需引入至乘用车的相应限值中。
测试工况的调整也会起到关键作用，大陆集团动力总成催化器和过滤器事业部领导Rolf Bruck指出，测试温度能够降到0 ℃，甚至低至﹣7 ℃，且目前真正能够接受测试的海拔为1 300 m。对于测试循环距离而言，其当前最小值为16 km，但在以后预计会变得更短。
减少循环距离的争论对关键的暖机阶段起着重要影响。米尔布鲁克动力总成总工程师Phil Stones提到，这并非仅有的潜在因素，将某种权重应用到WLTC循环的冷起动阶段，会产生大量的污染物，所以在该阶段增加权重对减少总限值会产生类似的影响，但是在发动机暖机阶段，很容易测量到浓度较低的排放污染物。
CAE辅助
在发动机优化过程中，润滑系统时常会被忽视，特别是在冷起动阶段。Nexcel（Castrol支持的公司）已开发了一个系统，用于主动调节油底壳中的机油容量。并声称经过多种发动机平台的试验后，能带来平均高达2 g/km的CO2排放改善，预测成本为约在每1g排放值上即可节省47美元，该指标为轻混系统成本的一半。
复杂的仿真技术也可起到作用，CAE专家EnginSoft一直从事于机油系统开发，使用ParticleworksMPS（移动粒子仿真）工具增加CFD仿真物的速度，并在开发阶段评估了多种方案。
摩托车制造商皇家恩菲尔德（Royal Enfield）的CAE团队经理Rod Giles提到，CAE工具已证实了其价值，在当前发动机设计过程中，对机油油雾分布的考虑比以前更重要。因为任何进入发动机进排气系统内的机油都有可能进入燃烧室，从而增加HC的排放。同样地，过量的机油也可能渗过活塞环，并再次进入燃烧室中。对机油自由流通的仿真已经证明CAE在预测HC化合物的排放上是一种很重要的工具。
NOx挑战
对于柴油机而言，NOx的排放限值可能将是最严苛的挑战，其可归结为两大主要问题，Bruck提到，在较轻的负荷工况下，废气温度可能很低，传统的选择性催化还原（SCR）系统无法投入工作，但仍有相关技术能够解决该问题。近期发表的许多论文表明电子加热是一种技术途径，且工作相当稳定，所以它将可能覆盖冷起动阶段甚至短循环内的工况阶段。
第二个问题则会在较高的负荷工况下出现，温度较高，紧凑耦合式安装中NOx的转化会被氨气氧化物所限制，顺着废气流向位于下游的第二个SCR喷射器。专家认为欧7标准不可能成为柴油机不可逾越的技术挑战，但目前是否值得开展相关研究仍存在一些争论。
德尔福科技技术总监Mary Gustanski提到，柴油机成本将会逐步提升。如果关注消费者的态度，他不确定在欧7的推行阶段内将有足够的轻型柴油车保有量，采用轻混系统会带来平均高达15%的CO2排放改善，让GDI发动机与柴油机的引进成本旗鼓相当，使消费者足以负担得起。
Bruck说，目前仍有其他因素需要考虑，对于柴油机的第二个SCR系统无需采用贵重的金属，所以涂层相对便宜。一个主动加热系统将会增加成本，但也会降低所需贵金属的数量。等量的汽油机系统需要配装一个颗粒捕集器，还有主动催化加热，所以对于该两类发动机成本的增加实际上大致相似。
缸内技术
后处理在满足欧7排放要求上可起到重要作用，同时也有许多具有竞争性的技术去减少排放。从原理上分析，一种最简单的途径是增加燃油喷射压力。Gustanski提到，当把20 MPa的GDI系统改装成35 MPa系统时，发动机的颗粒物排放量减少达70%。当前如工作在50 MPa的系统下，颗粒物排放还会减少另外的50%。而在实际水平上，则意味着颗粒捕集器的成本从300 美元降到了200美元。
至于其他缸内措施，如马勒射流点火系统（MJI）的先进喷射概念，其有改善燃烧稳定性的技术潜力，且能增加火焰传播速度。在稀薄当量比、提高压缩比，或扩大EGR使用的情况下都具有一定的运行可能性。马勒动力总成新技术和数据管理部领导Adrian Cooper提到，运行EGR虽然降低了燃烧温度，但也减慢了燃烧速度，在运转map中的某些区域会产生不稳定性。MJI可使得马勒加快恢复燃烧特性，在运行范围内进一步扩大EGR的使用。
MJI概念依靠分离预燃室中的初始燃烧，其有两个版本：一个使用附加喷油器的主动系统和依靠现存喷油器的被动系统。Cooper为此解释到，被动系统大致上成本适中，且当前正处于概念论证阶段。如果汽车制造商采取该技术，大约在3年内将可实现量产。
电气化
互联化与自动化技术能减少车辆排气管的排放。如果一辆混动汽车在下坡时，能将其过渡到充电管理策略上。比如德尔福科技设计的智能驾驶系统，当其安装到轻混GDI车辆上时，实时驾驶的CO2排放能改善达15%。
在2021年，95 g/km的CO2排放限值将会生效，且计划到2030年将进一步减少37.5%。到时纵观整个汽车行业，汽车制造商都将需求高度的电气化且热衷于接受此技术。Gustanski提到，虽然能够预测汽车制造商会在高压燃油喷射上投资，但并不期望制造商花费较长周期去重新设计发动机，一些现存的如精密的可变气门执行机构设计都将会保有当前设计状态，同时也期望制造商集中资源来使车辆实现电气化，并在确定的车辆上进行某种程度的混合动力来满足欧7。
显然，禁止内燃机是减少车辆平均尾气排放的有效方法，但这也会带来相应挑战。就目前而言，内燃机的控制难点是在点火阶段，Cooper提到，在发动机启动催化器之前，很有可能降低整个循环的排放限值。增程式车辆允许在大段时间内运行发动机，并且限制后处理。如果驾驶员猛踩油门，电动系统仅有部分动能，驾驶员就必须快速起动发动机。这意味着混合动力与传统内燃机相比还有足够的潜在技术提升空间。目前需要明确的是满足欧7标准不仅是技术层面上的简单改变。
作者：Chris Pickering
整理：王少辉
编辑：伍赛特
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