我國機動車污染防治行業(yè)技術發(fā)展綜述

（中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會機動車污染控制防治技術專業(yè)委員會，北京 100037）

我國機動車污染防治行業(yè)技術發(fā)展綜述

（中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會機動車污染控制防治技術專業(yè)委員會，北京 100037）

綜述了我國機動車污染防治行業(yè)的技術發(fā)展進展及市場特點，介紹了機動車污染防治行業(yè)的新技術開發(fā)應用情況，并對行業(yè)的骨干企業(yè)和市場特點進行了分析。

機動車污染防治;排放控制;新技術;開發(fā)應用

1 我國機動車污染防治行業(yè)總體技術發(fā)展進展

關于汽車排放控制技術，機動車污染防治行業(yè)涉及的可劃分為六大子系統(tǒng)：尾氣后處理系統(tǒng)（載體、催化劑、襯墊、封裝、尿素噴射系統(tǒng)）；發(fā)動機管理系統(tǒng)（噴油器、傳感器、電磁閥、電機等）；燃油蒸發(fā)系統(tǒng)（碳罐）；曲軸箱通風系統(tǒng)（PVC）；渦輪增壓系統(tǒng)（渦輪增壓器，增壓中冷器）；廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR、EGR中冷器）。

柴油車主要排放控制技術包括：排氣后處理技術（DPF、SCR、POC）、電控高壓噴射（共軌、泵噴嘴、單體泵等）技術、發(fā)動機綜合管理系統(tǒng)、發(fā)動機本身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計技術、可變增壓中冷技術、廢氣再循環(huán)（EGR）技術等。

汽油車主要排放控制技術包括：采用電控發(fā)動機管理系統(tǒng)以及配備三元催化轉(zhuǎn)化器技術等。

摩托車主要排放控制技術包括：對傳統(tǒng)燃油摩托車所采用的發(fā)動機進行優(yōu)化設計、化油器的優(yōu)化改進、電控化油器、二次進氣裝置、燃油蒸發(fā)排放控制裝置、點火系統(tǒng)的優(yōu)化、電控燃油噴射系統(tǒng)和排氣催化轉(zhuǎn)化技術等。

1.1 國Ⅳ/Ⅴ柴油車排放控制技術

（1）柴油機排放控制技術

重型柴油車尾氣排放標準國Ⅲ/Ⅳ/Ⅴ已于2006年發(fā)布，等效歐洲重型車尾氣排放法規(guī)，實施時間分別是2008年、2012年、2013年，標志著國Ⅳ標準已經(jīng)進入我國機動車尾氣排放領域。

隨著機動車排放標準的不斷提高，特別是目前為實現(xiàn)由國Ⅲ排放法規(guī)向國Ⅳ排放法規(guī)的升級跨越，國際上采用改進國Ⅲ發(fā)動機機內(nèi)燃燒技術 + 選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）或者+廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）+壁流式顆粒物捕集器（DPF）/通透式顆粒物捕集器（POC）尾氣后處理技術兩大主流技術路線來實現(xiàn)。

SCR技術路線主要通過提高噴油壓力，優(yōu)化噴射定時，改善燃燒過程，來降低發(fā)動機機內(nèi)顆粒物排放，而此過程產(chǎn)生的較高NOx排放則采用SCR還原成N2和O2。

EGR+DPF技術路線通過EGR將NOx排放降低到標準要求以下，此過程產(chǎn)生的較高顆粒物排放則通過DPF降低到滿足標準的要求。為避免DPF裝置堵塞須采用再生策略，根據(jù)再生方式的不同，主要分為主動再生型、被動再生型和輔助再生等。

（2）主要尾氣后處理裝置

1） SCR后處理裝置

目前被廣泛應用的是使用尿素作為還原劑Urea-SCR（尿素選擇性催化還原器）系統(tǒng)。它是先將尿素固體顆粒在容器中完全溶解生成32.5%的尿素水溶液，然后將溶液泵送到水解槽中，通過熱交換器將溶液加熱至反應溫度后水解生成氨氣。

Urea-SCR集成及匹配控制系統(tǒng)主要由尿素儲存罐、尿素噴射系統(tǒng)和催化器組成。

2） 氧化催化轉(zhuǎn)化器（DOC）

柴油氧化催化轉(zhuǎn)化器是通過催化氧化反應，同時降低柴油車尾氣中CO、HC和顆粒物污染物排放量的排氣凈化裝置。DOC主要是去除PM中的可溶性有機物（SOF）。另外，尾氣中的部分SO2也會在高溫下被氧化最終生成硫酸鹽。因此，對于含硫量高的柴油，將使PM中的硫酸鹽比例增大，可能導致PM排放增加。

DOC的結(jié)構(gòu)主要由載體、墊層和殼體組成。載體上有涂層和催化劑，載體形式有陶瓷載體和不銹鋼金屬兩種，催化劑成分主要是鉑（Pt）和鈀（Pd）等貴金屬。DOC技術目前已經(jīng)廣泛應用于國III輕型柴油車。

3） 壁流式顆粒物捕集器（DPF）

壁流式顆粒物過濾器的結(jié)構(gòu)特點是每相鄰的兩個通道，一個通道在進口處被堵住，另一個通道在出口處被堵住。這樣，排氣從一個通道進來以后，必須穿過透氣陶瓷壁面從另一個通道出去。因此，排氣中的炭煙顆粒就被沉積在進口通道的壁面上。壁流式過濾器可以降低PM達85%以上，同時大大減少CO和HC排放。

4）流通式顆粒物捕集器（POC）

流通式顆粒氧化催化器捕捉顆粒物，是開放式的過濾結(jié)構(gòu)，可以捕捉柴油車尾氣排放中的顆粒物，通過氧化燃燒再生，降低PM效率可達30%～80%，而沒有明顯的排氣背壓升高。POC采用100%不銹鋼結(jié)構(gòu)，載體上有化學涂層。由于POC需要較高的再生溫度，因此需要與DOC配合使用。另外，POC質(zhì)量輕，體積小，尺寸可變，易于集成到排氣系統(tǒng)中。

（3）燃油噴射系統(tǒng)

關于燃油噴射系統(tǒng)的研發(fā)能力，各主要電噴企業(yè)在國內(nèi)都設立了相應的研發(fā)中心，利用國內(nèi)研發(fā)中心引進國外已經(jīng)應用的產(chǎn)品，進行本地化生產(chǎn)及技術支持。技術和產(chǎn)品基本成熟，并且相匹配的機型也通過國家環(huán)保型式核準。主要外資企業(yè)擁有國Ⅳ燃油噴射系統(tǒng)技術能力，未來技術發(fā)展將朝著更高噴射壓力（1800～2000bar）的方向發(fā)展。

（4）渦輪增壓器系統(tǒng)

渦輪增壓器能夠有效提高重型柴油機功率、改善經(jīng)濟性能、降低污染物排放。渦輪增壓器不僅使功率范圍增大，雖然在低負荷區(qū)，對經(jīng)濟性沒有明顯改善，但使高負荷的經(jīng)濟運行范圍也擴大了。這對經(jīng)常滿負荷高速運轉(zhuǎn)的重型柴油汽車來說，作用是非常顯著的。渦輪增壓器在柴油車上得到了廣泛應用，國Ⅲ、國Ⅳ重型柴油機都已裝配了渦輪增壓器。未來技術發(fā)展方向主要朝著可變截面渦輪增壓系統(tǒng)方向發(fā)展。

1.2 國Ⅳ/Ⅴ汽油車排放控制技術

對于國Ⅳ/Ⅴ技術相對國Ⅲ的技術變化來說，應在現(xiàn)有的技術基礎上不斷地優(yōu)化和提高。主要有以下幾個方面：1）催化劑性能的優(yōu)化，包括耐硫性能、耐久性能提高，涂層更耐高溫，起燃溫度更低，貴金屬含量更少等方面。2）發(fā)動機標定策略的優(yōu)化，主要包括發(fā)動機標定的精細化，對更多不同工況下參數(shù)進行數(shù)據(jù)的采集和優(yōu)化，并且對OBD性能進行優(yōu)化。

1.3 國Ⅲ摩托車排放控制技術

對摩托車滿足國Ⅲ排放標準和燃油蒸發(fā)標準的技術路線主要采用基于化油器的技術方法：“化油器+兩級催化轉(zhuǎn)化器+二次補氣裝置+炭罐”或“電控化油器+催化轉(zhuǎn)化器+炭罐”的應對方案和基于電噴的技術方法：“電噴+催化轉(zhuǎn)化器+炭罐”。

機動車環(huán)保產(chǎn)業(yè)一直持續(xù)不斷為汽車工業(yè)提供滿足符合國家排放標準的產(chǎn)品，保障了國家各階段排放法規(guī)的順利實施，目前可以提供滿足國Ⅲ、國Ⅳ、國Ⅴ標準，和甚至更高排放標準的機動車環(huán)保產(chǎn)品。在柴油車方面，可以提供滿足重型柴油車國IV排放標準的選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)、顆粒物過濾器（DPF）系統(tǒng)、高壓共軌噴射系統(tǒng)、電控單體泵系統(tǒng)、電控EGR閥、可變幾何截面（VGT）/可變噴嘴（VNT）渦輪增壓器等機動車環(huán)保產(chǎn)品；在汽油車方面，可以滿足國Ⅳ/Ⅴ標準的緊密耦合型三元催化器；在摩托車方面，可以提供滿足摩托車國Ⅲ排放標準和燃油蒸發(fā)標準的“化油器+兩級催化轉(zhuǎn)化器+二次補氣裝置+炭罐”、“電控化油器+催化轉(zhuǎn)化器+炭罐”或“電噴+催化轉(zhuǎn)化器+炭罐”的產(chǎn)品；而且還能提供CNG/LNG/LPG等替代燃料發(fā)動機的尾氣凈化催化劑。

2 新技術開發(fā)應用

目前，節(jié)能減排已經(jīng)成為全球、全社會關注的問題，隨著機動車保有量的快速增長，其排氣污染物對大氣質(zhì)量的影響也成為主要污染之一。為了實施國家標準，機動車后處理行業(yè)——尾氣后處理系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)、渦輪增壓器系統(tǒng)等生產(chǎn)企業(yè)開展了新技術的研究、試驗和匹配工作，并做好了生產(chǎn)準備。

隨著機動車排放法規(guī)的加嚴，尾氣后處理裝置行業(yè)不斷涌現(xiàn)出一些新技術和新產(chǎn)品，從而形成新興的行業(yè)。在政府相關部門的扶持下，國內(nèi)機動車環(huán)保生產(chǎn)企業(yè)和高等院校、科研院所的聯(lián)合攻關，技術方面突破了國外企業(yè)的技術壁壘，在多個方面已經(jīng)形成了自主研發(fā)實力。例如：在催化劑方面，已經(jīng)能夠提供符合市場需求的汽油車國Ⅳ貴金屬催化劑，以及國Ⅳ柴油車SCR系統(tǒng)所用的釩基催化劑；在載體方面已經(jīng)能夠形成400～600目汽油機用載體；并且通過自主開發(fā)或引進國外先進設備，如薄壁載體成型擠壓機、貴金屬合成設備系統(tǒng)、ICP、XRF、XRD、模擬氣分析設備、比表面分析儀、化學吸附儀、粒度分析儀等，這些企業(yè)逐步建立了較全面的基礎分析測試平臺，在產(chǎn)業(yè)建設方面形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模，具備一定的供給能力。

為進一步研究和應用新的機動車排放控制技術，還應開展相關技術項目的研究。例如：

（1）高孔密度，薄壁堇青石蜂窩陶瓷蜂窩載體研究

堇青石蜂窩陶瓷蜂窩載體是尾氣凈化催化劑的重要基體材料，在孔密度、壁厚等關鍵技術指標方面和大規(guī)格基體方面，與美國康寧公司和日本NGK公司相比存在較大的差距。并且在實施國V和國VI排放標準時，高孔密度、薄壁堇青石陶瓷蜂窩載體將是一個主流的配置，而從目前國內(nèi)的研發(fā)實力來看要取得突破有一定的難度，這可能將會在今后的發(fā)展中成為瓶頸。所以，應設立基礎研究，作適當支持，進行長期研究，以尋求突破。

（2）碳化硅/堇青石壁流式顆粒物捕集器（DPF）

控制柴油車微粒排放的裝置主要有流通式或部分流通式微粒過濾器和壁流式微粒過濾器兩種。兩種微粒過濾器相比，流通式或部分流通式過濾器不能有效地降低柴油車排氣中的微粒數(shù)量，對微粒質(zhì)量的降低比例僅在50%左右，不能從根本上解決超細微粒對人體健康的危害；壁流式微粒過濾器使用封閉型的過濾壁面對所流經(jīng)的微粒進行攔截，對超細微粒數(shù)量的分離效率超過90%。因此，認為壁流式微粒過濾器才能最有效地解決超細微粒對公眾健康的危害。

該裝置除了在中重型柴油車將會得到廣泛應用外，未來在汽油車中也將要使用，以消除顆粒物對人類的巨大危害。國內(nèi)現(xiàn)在無論是DPF還是涂有催化劑的DPF都發(fā)展比較緩慢，技術水平落后較多，而工業(yè)發(fā)達國家正在加緊發(fā)展。因此，應該盡快從DPF載體研究和DPF再生控制方法研究兩個方面給予持續(xù)的支持，促進其發(fā)展。

（3）高性能催化劑技術研究

尾氣凈化催化劑是科學和技術同時密集的產(chǎn)品，特別是應用于控制機動車排放污染物領域，具有極高的難度。因此，應該支持尾氣凈化催化劑技術的研究，如：高性能稀土儲氧催化劑技術、耐高溫高比表面材料制備技術、汽油發(fā)動機低溫THC與耐高溫三效催化劑的制備技術、稀燃汽油發(fā)動機的NSR（NOx存儲還原）催化技術、密偶催化劑的制備技術、抗老化分子篩SCR催化劑、高性能鈰基SOF（可溶性有機物）凈化催化劑、NOx與PM同時凈化技術；研究解決V-W-Ti體系的SCR催化劑V的流失和CSF（催化劑涂層微粒捕集器）抗硫老化問題。

（4）非膨脹型陶瓷襯墊研究

使用薄壁或極薄壁載體已成為行業(yè)發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)的膨脹型襯墊由于蛭石含量高，容易將薄壁載體壓碎，應使用非膨脹性的陶瓷襯墊才能滿足要求。另外，由于法規(guī)的加嚴帶來催化器位置的前移，要求襯墊能耐更高溫度（950℃以上）。這種適應于薄壁載體的非膨脹型襯墊的關鍵原材料為特制多晶纖維，目前我國還不具有相關的制備能力，而美國和日本都已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品。因此需要盡快落實政策支持相關研究，以保障新階段排放法規(guī)的順利實施。

（5）高精度尿素噴射系統(tǒng)

對于符合國Ⅳ標準的柴油車來說，國內(nèi)主要采用SCR技術路線的后處理系統(tǒng)來滿足法規(guī)要求。SCR系統(tǒng)除了催化劑之外，關鍵部件是高精度的尿素噴射系統(tǒng)，目前只有博世、格蘭富等外國公司擁有成熟的技術，國內(nèi)也只是剛剛開發(fā)完成樣品研制。因此，應該重點支持主要關鍵部件——尿素噴射系統(tǒng)的研發(fā)工作。

（6）柴油車高壓共軌系統(tǒng)研究

柴油車高壓共軌系統(tǒng)是滿足日益嚴格的尾氣排放標準的必然趨勢，已經(jīng)在國外柴油車上普遍投入使用，而且該技術主要由博世、德爾福、電裝等企業(yè)所掌握。因為國內(nèi)自主企業(yè)和技術先進企業(yè)相比，技術基礎薄弱，產(chǎn)品性能滿足不了機動車排放法規(guī)的要求。所以，應該對柴油車高壓共軌系統(tǒng)這一關鍵核心部件研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作進行持續(xù)支持。

3 行業(yè)市場特點

隨著行業(yè)市場的急劇擴大，一些骨干企業(yè)的優(yōu)勢得以繼續(xù)發(fā)展，一些新興企業(yè)在市場上也在各個方面取得突破，已經(jīng)初步形成了分工合作、有序競爭的格局。行業(yè)內(nèi)的有序競爭，一方面促使了新技術、新產(chǎn)品的快速應用，另一方面保證了為市場提供更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品或服務。

（1）陶瓷載體產(chǎn)業(yè)

催化器陶瓷載體主要生產(chǎn)企業(yè)為：康寧（上海）有限公司和NGK（蘇州）環(huán)保陶瓷有限公司，這兩家企業(yè)的產(chǎn)品占據(jù)國內(nèi)市場的份額超過80%。目前，國內(nèi)大部分的整車企業(yè)基本都采用這兩家公司的產(chǎn)品，其產(chǎn)品性能已經(jīng)得到了廣大用戶的認可。同時，在這兩家企業(yè)的推動下，國內(nèi)催化器陶瓷載體行業(yè)也得到了快速而有序的發(fā)展。

（2）催化劑產(chǎn)業(yè)

催化劑主要生產(chǎn)企業(yè)為：巴斯夫催化劑（上海）有限公司、優(yōu)美科汽車催化劑（蘇州）有限公司、莊信萬豐（上海）化工有限公司、無錫威孚力達催化凈化器有限責任公司和昆明貴研催化劑有限公司。其中巴斯夫、優(yōu)美科、莊信萬豐是世界級的專業(yè)生產(chǎn)催化劑公司，技術實力雄厚，并且具有國際大汽車廠家在國外相關配套的經(jīng)驗，故與國內(nèi)合資整車企業(yè)形成了緊密的配套關系，每家企業(yè)都占據(jù)了20%以上的國內(nèi)市場份額。雖然催化劑行業(yè)技術含量較高，但國內(nèi)企業(yè)如無錫威孚力達、昆明貴研經(jīng)過近些年的發(fā)展和努力，自主產(chǎn)品性能已經(jīng)能達到了國內(nèi)先進水平，產(chǎn)品質(zhì)量得到了很多整車企業(yè)的認可，市場份額也穩(wěn)步提升，形成了市場上一股新興的促進力量。

（3）襯墊產(chǎn)業(yè)

襯墊主要生產(chǎn)企業(yè)為：3M（中國）有限公司、浙江邦得利汽車環(huán)保技術有限公司和奇耐聯(lián)合纖維（上海）有限公司三家。3M公司在襯墊市場上占據(jù)了絕對的領先地位。

（4）封裝產(chǎn)業(yè)

目前從事催化轉(zhuǎn)化器封裝的企業(yè)有60多家。之所以有這么多企業(yè)從事這個行業(yè)，主要原因有3個：1）封裝行業(yè)技術壁壘較小，很多企業(yè)由原先從事排氣消聲器的生產(chǎn)擴大為從事催化轉(zhuǎn)化器的封裝，技術轉(zhuǎn)型相對容易；2）排氣系統(tǒng)由于運輸困難，封裝企業(yè)一般設立在離整車廠較近的地方，一些整車企業(yè)為了保障供應的穩(wěn)定性和采購價格的優(yōu)勢，更傾向于采購所在地供應商；3）由于柴油機后處理系統(tǒng)市場逐漸形成，從而出現(xiàn)了一批從事柴油機后處理封裝的企業(yè)。

（5）汽油發(fā)動機管理系統(tǒng)

汽油發(fā)動機管理系統(tǒng)主要生產(chǎn)企業(yè)為：聯(lián)合汽車電子有限公司、德爾福萬源發(fā)動機管理系統(tǒng)有限公司、電裝（中國）投資有限公司、大陸汽車電子（長春）有限公司、馬瑞利動力系統(tǒng)（上海）有限公司等幾家公司。其中聯(lián)合汽車電子由于成立較早、技術實力強大等原因，市場份額超過40%。德爾福、電裝、大陸在市場上也占據(jù)了一席之地。國內(nèi)自主企業(yè)還未能在這方面取得關鍵技術的突破。

（6）柴油機燃油噴射系統(tǒng)

柴油機燃油噴射系統(tǒng)主要生產(chǎn)企業(yè)為：博世汽車柴油股份系統(tǒng)有限公司、德爾福（中國）科技研發(fā)公司、電裝（中國）投資有限公司，這三家公司基本占據(jù)了國內(nèi)大部分的市場。由于國內(nèi)企業(yè)的原有技術基礎都很薄弱，和技術先進企業(yè)相比，產(chǎn)品性能存在差距。目前正在采取相應的技術措施，國內(nèi)遼寧新風吉爾燃油噴射有限公司引進了德國的技術，組織生產(chǎn)輕型柴油車用高壓共軌產(chǎn)品。

隨著汽車保有量不斷地增加，機動車排放法規(guī)不斷加嚴，加快發(fā)展機動車環(huán)保產(chǎn)業(yè)勢在必行。經(jīng)初步測算，機動車環(huán)保行業(yè)將能夠帶動每年至少300億元的環(huán)保市場規(guī)模。但是，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中也將會出現(xiàn)大而不強、技術能力薄弱的現(xiàn)象，希望能引起政府有關部門的高度關注。

目前，重型柴油機生產(chǎn)企業(yè)已有155種國Ⅳ產(chǎn)品通過了環(huán)保型式核準，主要采用高壓共軌/單體泵+選擇性催化還原（SCR）尾氣后處理技術。主要重型柴油機生產(chǎn)企業(yè)，如玉柴、濰柴、錫柴、大柴和東風康明斯生產(chǎn)的國Ⅲ產(chǎn)品主要采用高壓共軌技術、電控單體泵和EGR+直列泵。這些機型已經(jīng)在北京、上海、杭州等城市的公交車上應用。

國Ⅲ輕型柴油車產(chǎn)品型式核準數(shù)量達到2000多種，其中M類車輛達到500多種，N1類車輛達到1500多種?？梢钥闯?，我國M類輕型柴油車生產(chǎn)企業(yè)國Ⅲ產(chǎn)品準備比較充分，已有大量車型通過環(huán)保型式核準。N1類輕型柴油車生產(chǎn)企業(yè)中，傳統(tǒng)的輕型柴油車生產(chǎn)企業(yè)，都有國Ⅲ產(chǎn)品通過環(huán)保型式核準，這些企業(yè)的產(chǎn)品主要面向城市物流等中高端市場；而由農(nóng)用車轉(zhuǎn)型生產(chǎn)輕卡的企業(yè)還沒有國Ⅲ產(chǎn)品通過環(huán)保型式核準，這些企業(yè)的產(chǎn)品主要面向農(nóng)村等低端市場。

輕型汽油車已有140多家生產(chǎn)企業(yè)的200多種國Ⅳ機型和千余種國Ⅳ車型通過了環(huán)保型式核準，生產(chǎn)能力充足。輕型汽油機在國Ⅲ和國Ⅳ硬件上的區(qū)別主要是三元催化系統(tǒng)的貴金屬成分及配比的優(yōu)化。從市場上看，在汽車銷量節(jié)節(jié)攀升的情況下，尾氣后處理系統(tǒng)都能滿足需求。尾氣后處理系統(tǒng)年產(chǎn)能至少有1200萬套，完全滿足國Ⅳ標準實施的要求。另外，燃油噴射系統(tǒng)年產(chǎn)能至少達到1000萬套，也能滿足國Ⅳ標準實施的要求。

摩托車產(chǎn)銷量占全球的50%以上，已有大量數(shù)據(jù)證實單位摩托車的排放污染物是汽車的10倍以上，即使所有的摩托車全部采用“化油器+兩級催化轉(zhuǎn)化器+二次補氣裝置+炭罐”方案，都能夠滿足摩托車國Ⅲ排放標準和燃油蒸發(fā)標準的要求。

China Technical Development Report on Pollution Prevention and Control Industry of Motor Vehicle

(Specialty Committee of Pollution Prevention and Control Technology of Motor Vehicle, CAEPI, Beijing 100037, China)

The paper summarizes the technical development, progress and market characteristic of pollution prevention and control industry of motor vehicle in our country; presents the new technical development and application on pollution prevention and control industry of motor vehicle and makes analysis on key enterprises and market characteristic.

pollution prevention and control industry of motor vehicle; emission

X324

A

1006-5377（2011）10-0004-05