先進柴油機技術的春天是否來臨？

周路菡

更為嚴格的執(zhí)法力度，商用車企在技術上進行全面升級，以及配套油品質(zhì)量的提升，是解決柴油機環(huán)保難題的必要條件

環(huán)境污染及能源問題為柴油機開發(fā)帶來了新的挑戰(zhàn)。柴油機必須適應越來越嚴格的排放法規(guī)，同時還必須進一步改善燃油耗水平以減少溫室效應。柴油機技術并不是落后的代名詞，先進柴油機技術也是中國亟需的技術，發(fā)展先進柴油機也是發(fā)展汽車、工程機械和農(nóng)業(yè)裝備行業(yè)的大勢所趨。

在當前環(huán)保政策和產(chǎn)品技術不斷升級的背景下，中國有望在未來具備自主研發(fā)更高技術要求柴油機的能力。但是還需要更為嚴格的執(zhí)法力度，商用車企在技術上進行全面升級，以及配套油品質(zhì)量的提升，這才是成為解決柴油機環(huán)保難題的必要條件。

中外對柴油車的態(tài)度大不相同

很多人對柴油車的認知還停留在對拖拉機和載重汽車的了解層面，即功率大、噪音大，且濃煙滾滾。而且很多人覺得柴油車離自己的生活都是陌生和遙遠的，覺得一提到柴油就免不了要跟黑煙、噪音、污染等詞關聯(lián)起來。然而事實是否果真如此呢？

但是對柴油車的態(tài)度，中國和歐洲可謂大相徑庭。在歐洲，有超過半數(shù)的乘用車，使用的是柴油發(fā)動機，而在法國、比利時等國，這一占比甚至在70%以上；歐洲的柴油車比例甚至延伸到了許多高檔轎車，如奔馳、寶馬、奧迪的許多車型都搭載了柴油發(fā)動機，甚至菲亞特旗下跑車品牌瑪莎拉蒂也推出了柴油版車型。

而反觀中國，柴油車市場發(fā)展非常緩慢，目前我國使用柴油機的乘用車，竟然還不到1%……如此天壤之別，到底是什么原因造成的呢？

就目前我國現(xiàn)階段狀況而言，柴油發(fā)動機燃燒所產(chǎn)生的排放顆粒物確實比汽油機大很多，尤其是氮氧化物排放非常高，已經(jīng)對空氣中PM值造成很大的影響。我國柴油車尾氣中NOx的濃度與汽油機相當，顆粒物（PM）是汽油機的幾十倍。一份2012年的數(shù)據(jù)顯示，占機動車總量17.4%的柴油車，其氮氧化物排放量為388.7萬噸，顆粒物（PM）排放量為59萬噸，分別占汽車排放總量的67.4%和99%。

而造成國內(nèi)柴油機成為環(huán)境污染的“罪魁禍首”的原因，其一是中國供應的柴油油品，另一就是柴油機本身的技術水準。

先說油品。目前我國的柴油使用大戶，主要是工程、農(nóng)用機械、重型運輸、船舶等特殊行業(yè)，它們的燃油消耗高，需求量大，很大程度上限制了乘用車對于柴油的使用，所以國家不會向家用車領域大力推廣柴油機，也就很好理解了。據(jù)悉，在重卡、工程機械、農(nóng)用機械、船舶領域，我國大量高排放的柴油機依然在使用，資料顯示，我國柴油機排放量高，為美國同類型在用柴油機排放因子的8～10倍。

另外，我國柴油機本身的技術水準不高也是問題的一個方面。雖然根據(jù)工業(yè)和信息化部2014年第27號公告，2014年1月1日起，在全國強制執(zhí)行柴油車國IV排放標準，低于國IV排放標準的商用車將不能生產(chǎn)和銷售。但是我國應用于柴油機主要污染組分NOx的治理技術還不成熟，很多技術尚未過關，而國內(nèi)大部分柴油汽車也尚未對柴油車尾氣PM排放進行有效的機外凈化與處理。

而另一方面，由于兩桶油的壟斷地位，國內(nèi)柴油品質(zhì)確實沒有歐洲好，含硫量相對較高。理論上來說，柴油含硫量越低，柴油質(zhì)量越高。高硫的柴油會侵蝕和損壞發(fā)動機系統(tǒng)，增加汽車尾氣中微粒物的排放量。雖然柴油國Ⅲ標準在去年推出，有傳言最近兩年也會推出國Ⅳ標準（國Ⅲ柴油硫的含量為350ppm，國Ⅳ硫含量則為50ppm），不過實際情況是，國內(nèi)各地的柴油質(zhì)量都不一樣，只有北京和上海執(zhí)行得較好，在加油站會有國Ⅲ柴油供應。而其他城市都只能“望油興嘆”了。

柴油機不等于“技術落后”

柴油機技術并不是落后的代名詞，歐洲大量使用柴油汽車就是代表。理論上，壓燃式的柴油機能量轉(zhuǎn)化率比點燃式的汽油機更高，動力更足，扭矩更大。至于冒黑煙，主要原因為尾氣處理系統(tǒng)嚴重老化，而歐洲國家的尾氣處理技術則先進得多。

歐洲國家通過長期的實踐，在可能的汽車減排技術路線如，混動、純電動、氫燃料、柴油化中，歐盟選擇了自己最為擅長并領先世界的柴油化路線，并以此向世界輸出自己的柴油機技術。

比如自20世紀20年代成立以來，德國博世一直是柴油發(fā)動機行業(yè)的領導者。博世對柴油發(fā)動機領域的豐富經(jīng)驗和專業(yè)知識在業(yè)內(nèi)一馬當先。博世開創(chuàng)性地開發(fā)出電子控制直接柴油噴射泵，這是柴油發(fā)動機技術的一次巨大飛越，并帶動無數(shù)創(chuàng)新技術涌入市場，讓柴油發(fā)動機的效率較標準燃油發(fā)動機要高30%。

典型的技術比如共軌柴油噴射系統(tǒng)。共軌柴油噴射系統(tǒng)可將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開，開辟了降低柴油發(fā)動機排放和噪音的新途徑。在1997年，博世與奔馳公司聯(lián)合開發(fā)了這一系統(tǒng)。歐洲眾多品牌的轎車都配有共軌柴油發(fā)動機，比如，標致的HDI共軌柴油發(fā)動機，菲亞特的JTD發(fā)動機，以及德爾福的Multec DCR柴油共軌系統(tǒng)。

還有增壓中冷技術。增壓中冷技術可使增壓溫度下降到50℃以下，有助于減少廢氣的排放和提高燃油經(jīng)濟性。增壓可使柴油機在排量不變、重量不變的情況下達到提高輸出功率的目的。增壓柴油機不僅體積小、重量輕、功率大，而且還降低了單位功率的成本。

還有就是廢氣再循環(huán)（EGR）技術。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是將柴油機產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。再循環(huán)廢氣由于具有惰性將會延緩燃燒過程，燃燒速度將會放慢，燃燒室中的壓力形成過程放慢，從而減少氮氧化合物。另外，提高廢氣再循環(huán)率會使總的廢氣流量減少，因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會相對減少。

目前歐洲已經(jīng)開始全面使用第三代-電控高壓共軌系統(tǒng)，該系統(tǒng)也被譽為發(fā)動機行業(yè)公認的三大突破之一。高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要由電控單元ECU、高壓油泵、共軌管、高壓油管、電控噴油器以及各種傳感器和執(zhí)行器組成。噴油壓力越大，則噴油能量越高，噴霧越細、混合氣形成金額燃燒越明顯，從而使柴油機排放性能和動力性、經(jīng)濟性都得以改善?，F(xiàn)在電控高壓共軌噴射壓力普遍在120-200Mpa之間，甚至可達到250Mpa以上。一般高壓噴射會使氮氧化物NOx增加，但合理利用高壓噴射持續(xù)時間短特點，同時推遲噴油時刻或才用廢氣再循環(huán)等方法，可使微粒和NOx同時減低。

正是歐洲使用了技術先進的柴油機，所以歐洲的汽車中柴油汽車的比例非常高，先進的柴油機不僅環(huán)保達標，動力響應好外，更明顯的優(yōu)勢是燃油經(jīng)濟性非常優(yōu)秀。與汽油機相比，同樣的排量下，柴油機轉(zhuǎn)矩更大，經(jīng)濟性更好。少了復雜的點火系統(tǒng)，發(fā)動機更加可靠耐用。

中國需要先進的柴油機技術

鑒于嚴峻的空氣污染，中國越來越多的城市開始向柴油車下“驅(qū)逐令”，原因是柴油車污染排放量超標，柴油車也多次被貼上“不環(huán)?！钡臉撕?。專家測算1輛高排放車輛的污染物排放量，相當于10～12輛普通車輛的排放量，也就是說，10萬輛高排放車輛相當于100萬輛普通車的排放總額。當然，這10萬輛高污染排放車輛主要指的是國Ⅰ、國Ⅱ標準的柴油車。

以渣油、重油或柴油為主要燃料的船舶和非道路機械，其排放對黑碳的份額高達20%。

另外，柴油車和非道路移動機械是我國機動車向大氣排放顆粒物的主要來源，約占機動車顆粒物排放的90%。2016年1月，國家頒布《非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三、四階段）》，要求自2016年4月1日起，所有制造、進口和銷售的非道路移動機械不得裝用不符合《非道路標準》第三階段要求的柴油機（農(nóng)用機械除外）。自2016年12月1日起，所有制造、進口和銷售的農(nóng)用機械不得裝用不符合《非道路標準》第三階段要求的柴油機。非道路移動機械排放標準從國Ⅱ提高到國Ⅲ，可降低約30%的污染物排放，有效減輕對我市大氣的污染。

與汽油車相比，柴油車排放了四倍之多的氮氧化物和二十二倍之多的顆粒污染物。這兩種污染物會損害肺部、血管等內(nèi)臟，并且能導致心臟病、中風和糖尿病等疾病。很多研究都顯示，柴油機排放的“黑碳”類污染物是霧霾產(chǎn)生的重要元兇。

正因為如此，專家呼吁實施“清潔柴油機行動計劃”，中國也亟需先進的柴油機技術。

目前世界主流清潔型乘用柴油機大都搭載了博世電控高壓共軌燃油噴射技術（CRDI），輕松實現(xiàn)了對噴油壓力、噴射量、噴油時機的精確控制，燃燒更加充分、過程更加柔和，從根本上提高了燃油的燃燒的質(zhì)量，減少了碳煙的產(chǎn)生，克服了傳統(tǒng)柴油機機工作粗暴產(chǎn)生的噪音和震動，并且通過更高效的燃燒帶來更低的燃油消耗。

為了追趕世界先進技術，中國的柴油機生產(chǎn)企業(yè)也開始進行新一代電控柴油機產(chǎn)品的研究與開發(fā)，有開始了中外合作。比如安徽全柴集團開始與博世合作了十二年，隨著國家排放法規(guī)的強制實施和不斷升級，全柴創(chuàng)新驅(qū)動的競爭優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，成為了國內(nèi)最大的中小功率柴油機發(fā)動機獨立供應商。截至2015年底，全柴累計投放配裝博世燃油系統(tǒng)的國Ⅳ車用柴油機15萬多臺，產(chǎn)品品質(zhì)得到整車廠和用戶的一致好評。

據(jù)悉，全柴國Ⅴ產(chǎn)品投放市場的工作正在順利推進。目前，全柴已經(jīng)完成A、B、F等系列國Ⅴ柴油機及A系列汽油機產(chǎn)品的開發(fā)，包括N1類、4A2、4H和 A 系列車用國Ⅴ柴油機與 N2類4A2、4B2、4H1和4F1系列車用國Ⅴ柴油機機，其中4H平臺國Ⅴ柴油機是全柴全新打造的動力平臺，產(chǎn)品采用高壓共軌、雙頂置凸輪軸、單缸四氣門、雙軸平衡等先進的柴油機技術，具備升級至國Ⅵ及以上排放標準的能力。

山東重工濰柴集團先后收購了法國博杜安公司、意大利法拉帝公司、德國凱傲集團及林德液壓。法國百年發(fā)動機企業(yè)——博杜安公司，博杜安公司為法國最大的船用發(fā)動機及動力系統(tǒng)供應商，一直作為法國軍方軍用柴油機的主要供應商。一款新機型M26.2正給這個企業(yè)帶來新活力，博杜安被濰柴收購后，濰柴每年都給予公司資金上的巨大幫助，將其打造成為重要的發(fā)動機前沿研發(fā)制造基地，填補了濰柴16L發(fā)動機的空白。

柴油車在中國推廣前景十分光明，目前中國柴油乘用車市場份額為1%，預計未來5年，中國柴油乘用車的市場份額會增加到12%～15%。如果中國柴油油品轉(zhuǎn)好，國家相關部門已經(jīng)促使柴油質(zhì)量提高和柴油供應穩(wěn)定，未來節(jié)能減排壓力增大，柴油車市場空間巨大。正因為如此，日前在上海汽車宣布的新能源汽車路線圖中，上海汽車未來乘用車將選擇先進技術的柴油機，目前上汽與昆明云內(nèi)動力股份有限公司正積極投入先進柴油機的研發(fā)，上汽準備將研發(fā)的新型柴油機用在新型柴油機版汽車的動力總成中。

同時，中國巨大的市場也吸引了德國博世等先進企業(yè)的注意。博世作為著名的零配件供應商，正在持續(xù)加大研發(fā)力度，致力于幫助中國客戶滿足不斷升級的排放及油耗標準，助力中國整車廠滿足國Ⅴ標準并提升國際市場競爭力，并響應《中國制造2025》的發(fā)展規(guī)劃，助力中國制造業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。

同時，從今年起，非道路工程機械和農(nóng)用機械用車也將推行非道路第三階段標準。中國擁有巨大的農(nóng)機和工程機械市場，博世針對中國市場研發(fā)的經(jīng)濟型解決方案能夠助力非道路用車市場提升產(chǎn)品動力并降低排放。

柴油品質(zhì)同時亟待全面升級

2016年3月，中國工程院院士郝吉明率領的團隊完成的《應對氣候變化與大氣污染治理協(xié)同控制政策研究——聚焦短壽命氣候污染物和非道路移動源》研究報告認為，短壽命氣候污染物減排與非道路源污染物控制關聯(lián)緊密，但目前的相關政策框架中往往將其忽略。短壽命氣候污染物（SLCPs）主要是指黑碳（BC）、甲烷（CH4）、對流層臭氧（O3）和部分氫氟碳化物（HFCs）。研究發(fā)現(xiàn)，黑碳是一種重要的短壽命氣候污染物，非道路移動源中包含大量的黑碳排放。郝吉明說，減少短壽命氣候污染物，特別是甲烷和黑碳的排放，能夠在減少空氣污染的同時減緩短期氣候變暖。

郝吉明說，在控制非道路移動源空氣排放方面，中國現(xiàn)有的管理系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一的監(jiān)控和監(jiān)管要求，較難確定非道路機械排放的實際水平。在燃料質(zhì)量管理方面，工程機械所使用的燃料硫含量很高，質(zhì)量很差，特別是遠洋船舶所使用的燃料質(zhì)量更差。因此，控制短壽命氣候污染物和非道路移動源排放的管理系統(tǒng)和技術路線亟待改善。

郝吉明所說的原始燃料，就是柴油，但是中國的柴油中含硫量還是比較高的。

據(jù)悉，我國主要將SCR（選擇性催化還原）技術作為重型柴油車實現(xiàn)國IV標準的主流技術，然而在這一技術下，對油品的質(zhì)量也有同樣的要求。質(zhì)量較低的柴油中硫含量一般過高，這對于SCR將造成一定的損害，長期使用會影響尾氣處理的能力，甚至導致凈化功能的失效。“柴油車的國IV車型升級到國V，需要兩層尾氣凈化裝置，大致相當于國III升級國IV的兩倍凈化，但是如果油品中含硫量過高，就會造成催化劑（即觸媒）中毒，令尾氣排放凈化的效果大打折扣，甚至失效?！币晃粡氖虏裼桶l(fā)動機技術研究的人士表示。

資料顯示，2013年7月開始供應國III標準的油品。其中，中石化2014年10月1日起提前啟動置換國IV、國V汽油，其中上海、江蘇沿江八地市及廣東6地市開始置換國V汽油，其余省區(qū)（市）提前3個月開始全面置換國IV汽油。但是，國IV標準的柴油面向全國供應則是遙遙無期，難以滿足新標準下柴油發(fā)動機和尾氣后處理裝置的要求。

據(jù)中央電視臺報道，國家標準委發(fā)布第五階段車用柴油國家標準，規(guī)定每千克柴油硫含量不超過10MG，將于2018年1月1日起強制實施。

另外值得一提的是控制柴油車的尾氣排放還得讓“柴油車添加尿素”。在SCR（選擇性催化還原）技術的使用中，主要是通過尿素噴淋的方式減少尾氣中的NOx排放量。所以采用SCR系統(tǒng)的車輛，不僅要加柴油，還需要加車用尿素。但是目前國內(nèi)尿素基礎供應設施還并不健全，很多城市的部分地區(qū)經(jīng)常沒有尿素可加，尿素溶液加注設施遲遲不到位或者加注不方便對國IV車輛的使用也造成一定影響。

由此來看，目前中國的柴油車還存在一定的缺陷，雖然我國先進柴油機的技術水平與國際品牌還有一定距離，但是將柴油車所造成的污染全部歸于柴油車本身很明顯有失公平。我國國Ⅳ柴油的遲遲不肯推出造成油品差、含硫量多，而車用尿素的配套又存在較大的缺陷，這些都是亟需解決的系統(tǒng)問題。所以要等待柴油機技術的春天來臨，既需要更為嚴格的執(zhí)法力度，還需要商用車企在技術上進行全面升級，以及配套油品質(zhì)量的提升和，尿素溶液加注設施的建立。