我國歐Ⅳ標準柴油機研發(fā)現(xiàn)狀

　　按照我國汽車排放標準的實施時間表，將于2010年1月1日實施國Ⅳ排放標準，這是一個對我國商用車及內(nèi)燃機行業(yè)影響巨大的排放標準，先后有中國汽車工業(yè)協(xié)會、中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會機動車污染防治委員會等組織、機構(gòu)呼吁延遲其實施時間。主要原因是我國歐Ⅲ與歐Ⅳ標準實施間隔太短，商用車整車、發(fā)動機、尾氣后處理、燃油噴射、渦輪增壓等系統(tǒng)的關(guān)鍵部件和油品、尿素等配套行業(yè)的準備情況難以支持歐Ⅳ標準的實際施行。但是，各柴油機廠已經(jīng)得到明確的信息：自2010年1月1日起，停止歐Ⅲ機型的型式認證。這樣，那些沒有歐Ⅲ或歐Ⅲ機型很少的發(fā)動機企業(yè)面臨重大挑戰(zhàn)。

　　表1　中國和歐洲排放標準實施時間對比
 

　　注：表中排放標準實施時間對應(yīng)的可能不是所有汽車，一些城市通過地方標準對部分車型提前實施了相應(yīng)排放標準。

　　從發(fā)動機的情況看，雖然我國主流柴油機企業(yè)都推出了自己的歐Ⅳ機型，但是與實施歐Ⅲ標準時的情況相比，機型要少得多(據(jù)統(tǒng)計，截至目前，我國通過歐Ⅲ環(huán)保型式核準的重型柴油機有2100款，而通過歐Ⅳ環(huán)保型式核準的重型柴油機僅有120款。在輕型柴油機領(lǐng)域，僅有3家生產(chǎn)企業(yè)的4款輕型柴油機和20款輕型柴油車通過歐Ⅳ環(huán)保型式核準)。而且這些機型除玉柴（統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2008年玉柴歐Ⅳ柴油機銷量約1100臺，2009年玉柴歐Ⅳ柴油機銷量將達3500臺）和少數(shù)合資企業(yè)外，基本沒有實現(xiàn)量產(chǎn)，沒有經(jīng)過足夠的行駛路程檢驗，因此對其技術(shù)的成熟度和功能的可靠性有待進一步觀察、考驗。

　　玉柴是我國第一家研制出重型歐Ⅳ柴油機的企業(yè)，早在2006年12月19日，玉柴達到歐Ⅳ排放標準的YC6L-40型柴油機就通過了技術(shù)鑒定。該機型采用SCR的后處理技術(shù)路線，比較有效地控制了氮氧化物的排放。據(jù)檢測結(jié)果，該機型燃油消耗量比歐Ⅲ柴油機降低了約5％。此后，上柴的SC9DF歐Ⅳ標準柴油機問世，SC9DF以D114機型為基礎(chǔ)，最大功率達到380馬力，最低燃油消耗率190g/kW.h，噪聲小于90分貝。

　　與玉柴和上柴所走的道路不同，錫柴、天津雷沃的歐Ⅳ標準技術(shù)首先在氣體燃料機型上突破。2008年3月，錫柴展出了天然氣歐Ⅳ排放標準的CA6SL1－26E4、CA6SF2－19NE4機型。此款機型還具有故障自動診斷及發(fā)動保護功能。濰柴的歐Ⅳ標準柴油機在WP12、WP10、WP6的N系列中推出，均采用SCR后處理技術(shù)。

　　康明斯也加緊了在華推出歐Ⅳ技術(shù)的步伐，除了原裝進口發(fā)動機配裝北京的城市公交車外，其合資的西安康明斯公司生產(chǎn)的ISM 11升6臺歐Ⅳ發(fā)動機已裝備陜汽重卡F3000,東風康明斯ISDe發(fā)動機配套垃圾專用車銷往北京市，北京康明斯的ISF3.8升柴油機配套歐馬可輕卡后也已正式在北京上市。

　　康明斯ISM歐IV標準柴油機采用的也是SCR后處理系統(tǒng)。此外，該機還有一個特別的設(shè)計——制動功能。當需要制動時，在發(fā)動機做負功的壓縮行程中，活塞上行至末端時由制動系統(tǒng)打開排氣門，將高壓氣體釋放，使發(fā)動機在唯一做正功的膨脹行程中缸內(nèi)形成負壓倒吸活塞，從而做負功吸收車輛功能，降低車速。實際跟蹤表明，陜汽國Ⅳ重卡每百公里消耗尿素不到1升。
　　
　　在輕型柴油機中，除了北京康明斯的ISF系列和江鈴生產(chǎn)的DURATORQ4D24、JX4D24發(fā)動機達到歐IV排放標準外，新上馬的歐意德非常值得關(guān)注。成立于2006年的內(nèi)蒙古歐意德發(fā)動機有限公司，從意大利VM引進達到歐Ⅳ排放標準的柴油機，現(xiàn)在具有年產(chǎn)30萬臺的生產(chǎn)能力。該發(fā)動機中的3升、2.8升、2.5升機型可配裝輕卡、微卡和輕型客車，其巨大的產(chǎn)能足以影響整個輕型車的柴油機配套格局。

　　表2  我國歐Ⅳ標準柴油機機型情況
 

　　歐Ⅳ柴油機的技術(shù)路線

　　表3　國內(nèi)主要柴油機企業(yè)歐Ⅳ技術(shù)路線一覽
 

　　一般情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)重型柴油機歐Ⅳ排放的技術(shù)路線主要有：EGR+POC（廢氣再循環(huán)＋微粒催化氧化器）、EGR+DPF（廢氣再循環(huán)＋微粒捕集器）和SCR（選擇性催化還原）。EGR+POC和EGR+DPF的技術(shù)路線，是采用控制燃燒溫度等手段在機內(nèi)減少氮氧化物生成，再利用POC或DPF對生成的微粒進行后處理。SCR技術(shù)是通過強化發(fā)動機機內(nèi)燃燒來降低微粒的生成，然后利用尿素溶液對氮氧化物進行機外催化氧化。
　　
　　從技術(shù)特點看，EGR技術(shù)可以降低燃燒過程中氮氧化物的生成，但需要改動原有歐Ⅲ發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，增加廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。在后處理方面，DPF通過采用微孔吸附性材料對廢氣中的微粒進行過濾，降低廢氣中微粒的含量。這種技術(shù)的缺點是安裝微粒捕集器的同時，還必須加裝相應(yīng)的再生控制系統(tǒng)，除行駛之外還需要額外的燃油用于微粒捕集器再生。此外，微粒捕集器對燃油的含硫量有嚴格要求，而且再生后的微粒捕集器需要定期更換。
　　
　　POC主要通過催化氧化方式降低廢氣中微粒的含量，這種后處理裝置與DPF和SCR相比，體積最小，而且不需要消耗額外燃油進行再生。但相比DPF，其降低廢氣中微粒含量的能力較差。

　　SCR比EGR技術(shù)在動力性和經(jīng)濟性上要好，其節(jié)油所帶來的費用節(jié)省與使用的尿素溶液費用相當，與歐Ⅲ車型使用成本基本相同。根據(jù)我國的技術(shù)和油品含硫量較高的實際情況，我國柴油機企業(yè)多數(shù)采用了SCR技術(shù)路線。

　　表4　　SCR與EGR技術(shù)的優(yōu)劣勢對比
 

　　從世界區(qū)域情況看，歐洲大部分國家選擇SCR作為主流技術(shù)路線；在美國，則主要選擇EGR+DOC或EGR+DPF技術(shù)路線。從商用車和柴油機行業(yè)情況看，德國曼以EGR為主，少量采用SCR；斯堪尼亞則2種產(chǎn)品都有；DAF、IVECO、Renault、volvo、康明斯等都采用了SCR路線。沃爾沃大部分為SCR產(chǎn)品，同時也有少量的EGR產(chǎn)品。

　　從中國國內(nèi)企業(yè)的重型柴油機情況看，玉柴、濰柴、康明斯各合資企業(yè)、中國重汽等主要采用SCR技術(shù)，采用EGR技術(shù)的只有上海日野和中國重汽的一部分機型。上海日野認為，由于國內(nèi)這幾年排放標準實施進程非?？?，尤其對于目前已經(jīng)實施的歐Ⅲ標準，國內(nèi)柴油機企業(yè)剛剛完成電控系統(tǒng)、4氣門結(jié)構(gòu)等涉及到發(fā)動機本體結(jié)構(gòu)的改造，所以在針對歐Ⅳ的解決方案中，國內(nèi)企業(yè)大多選擇了對本體機無需作大改動的SCR技術(shù)。而EGR由于要增加廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，需要改動原有的歐Ⅲ發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，再進行大量的實驗才能達到標準，因而沒有被大多數(shù)企業(yè)所選擇。
作為另一家重要的發(fā)動機合資外方，SCR技術(shù)的代表性企業(yè)康明斯（康明斯曾經(jīng)在北美市場一直強調(diào)在重型柴油機上使用EGR技術(shù)，在中型柴油機上使用SCR技術(shù)，2008年康明斯公開表示，將在重型柴油機上使用SCR技術(shù)以應(yīng)對歐Ⅳ排放標準）則認為，SCR技術(shù)更適合中國市場，SCR的主要優(yōu)勢是可靠性高、燃油消耗低、動力更強勁、散熱要求低。同時，從歐Ⅳ繼續(xù)提升至歐Ⅴ時，SCR要比EGR更方便，通用件也會更多。

　　輕型歐Ⅳ柴油機中，北京康明斯的ISF系列歐Ⅳ柴油機采用的是SCR后處理技術(shù)，而東風輕型發(fā)動機有限公司引進日產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)的ZD30柴油機，采用的是EGR＋DOC＋DPF技術(shù)。

　　筆者在進行市場調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，實施歐Ⅳ標準可能會對當前混亂的歐Ⅲ技術(shù)路線在客觀上起到梳理與規(guī)范的作用。一些正大量生產(chǎn)“EGR歐Ⅲ”發(fā)動機的企業(yè)認為，EGR歐Ⅲ只是一種過渡技術(shù)，到歐Ⅳ階段，除電控EGR外，目前大量的內(nèi)置EGR機型均無法升級。因此，如果歐Ⅳ標準執(zhí)行得嚴格，假歐Ⅲ、機械EGR就會終止。不過，企業(yè)同時希望國家盡快把歐Ⅳ的技術(shù)路線確定下來，因為油品、SCR加注設(shè)施等，并非發(fā)動機企業(yè)單方面能為之，如國家能確定技術(shù)路線，企業(yè)的歐Ⅳ技術(shù)開發(fā)就有了方向。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　歐Ⅳ商用車車型亟待豐富
　　　　　　　　　　　　　　　　表5  我國歐Ⅳ標準商用車主要車型
 

　　目前我國的歐Ⅳ整車主要集中在客車領(lǐng)域，而且數(shù)量較少，卡車領(lǐng)域的歐Ⅳ整車更是寥寥無幾。出現(xiàn)這些情況的主要原因是實施歐Ⅳ排放標準的城市很少（北京于2008年3月1日對輕、重型汽油車實施機動車歐Ⅳ排放標準，上海市于2009年11月起輕型汽油車和相關(guān)市政建設(shè)用車實施歐Ⅳ標準）。北京實施歐Ⅳ排放標準后，在奧運會期間采購了一批達到或超過歐Ⅳ標準的整車、發(fā)動機。如北京公交采購了菲亞特動力科技公司的800臺壓縮天然氣發(fā)動機，其排放的CO、HC、NOX、甲烷、微粒、碳煙等方面的指標分別只有0.97、0.003、0.01、0.58、0.0003，遠遠低于歐Ⅴ標準。此外，還采購了2900臺菲亞特柴油機(N60 ENT C SCR和C78 ENT C)，這些柴油機達到了歐Ⅴ排放標準。在這2900臺柴油機中，N60 ENT C SCR采用了選擇性催化還原裝置。此外，北京采購的歐Ⅳ車型中，還有一批配裝原裝進口康明斯和玉柴生產(chǎn)的柴油機。2009年，東風特種車公司向北京環(huán)衛(wèi)集團交付的14輛垃圾清運車采用的是東風康明斯生產(chǎn)的ISDe系列歐Ⅳ發(fā)動機。

　　近日，打進北京市場的還有江淮的102輛配備HFC6782和HFC6880歐Ⅳ底盤的公交車。

　　江淮底盤早在2008年即與康明斯、玉柴等知名柴油機廠合作進行歐Ⅳ客車底盤的研發(fā)，經(jīng)過不斷匹配試驗，康明斯ISF系列（3.8升）和玉柴6J發(fā)動機比較適合。江淮的測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，應(yīng)用SCR技術(shù)的江淮歐Ⅳ底盤扣除尿素消耗量，算下來的燃油經(jīng)濟性比歐Ⅲ發(fā)動機要好3%～4%。經(jīng)過長時間的耐久性實驗，證明使用硫含量超過2000ppm的油品不會對SCR系統(tǒng)造成劣化或損壞。

　　揚子江客車廠是我國城市客車的主要生產(chǎn)企業(yè)之一，2009年秋，揚子江WG6120CHM型歐Ⅳ城市客車（配裝玉柴YC6J245-42型歐Ⅳ發(fā)動機）亮相漢口。

　　此外，輕型歐Ⅳ商用車主要是福田的歐馬可（配裝北京康明斯ISF3.8升柴油機）、江鈴福特世代全順（福特原裝進口2.4升DURATORQTDCI高壓共軌柴油機）、依維柯寶迪 A42 NJ6606DA 客車（配裝依維柯F1CE0481P發(fā)動機）、沈陽華晨金杯汽車有限公司（配裝沈陽新光華晨汽車發(fā)動機有限公司制造的4G20D4B發(fā)動機）。

　　總體看，我國歐Ⅳ標準商用車車型和配套發(fā)動機都很少，亟待豐富。