我国欧Ⅳ标准柴油机研发现状

　　按照我国汽车排放标准的实施时间表，将于2010年1月1日实施国Ⅳ排放标准，这是一个对我国商用车及内燃机行业影响巨大的排放标准，先后有中国汽车工业协会、中国环境保护产业协会机动车污染防治委员会等组织、机构呼吁延迟其实施时间。主要原因是我国欧Ⅲ与欧Ⅳ标准实施间隔太短，商用车整车、发动机、尾气后处理、燃油喷射、涡轮增压等系统的关键部件和油品、尿素等配套行业的准备情况难以支持欧Ⅳ标准的实际施行。但是，各柴油机厂已经得到明确的信息：自2010年1月1日起，停止欧Ⅲ机型的型式认证。这样，那些没有欧Ⅲ或欧Ⅲ机型很少的发动机企业面临重大挑战。

　　表1　中国和欧洲排放标准实施时间对比
 

　　注：表中排放标准实施时间对应的可能不是所有汽车，一些城市通过地方标准对部分车型提前实施了相应排放标准。

　　从发动机的情况看，虽然我国主流柴油机企业都推出了自己的欧Ⅳ机型，但是与实施欧Ⅲ标准时的情况相比，机型要少得多(据统计，截至目前，我国通过欧Ⅲ环保型式核准的重型柴油机有2100款，而通过欧Ⅳ环保型式核准的重型柴油机仅有120款。在轻型柴油机领域，仅有3家生产企业的4款轻型柴油机和20款轻型柴油车通过欧Ⅳ环保型式核准)。而且这些机型除玉柴（统计数据表明，2008年玉柴欧Ⅳ柴油机销量约1100台，2009年玉柴欧Ⅳ柴油机销量将达3500台）和少数合资企业外，基本没有实现量产，没有经过足够的行驶路程检验，因此对其技术的成熟度和功能的可靠性有待进一步观察、考验。

　　玉柴是我国第一家研制出重型欧Ⅳ柴油机的企业，早在2006年12月19日，玉柴达到欧Ⅳ排放标准的YC6L-40型柴油机就通过了技术鉴定。该机型采用SCR的后处理技术路线，比较有效地控制了氮氧化物的排放。据检测结果，该机型燃油消耗量比欧Ⅲ柴油机降低了约5％。此后，上柴的SC9DF欧Ⅳ标准柴油机问世，SC9DF以D114机型为基础，最大功率达到380马力，最低燃油消耗率190g/kW.h，噪声小于90分贝。

　　与玉柴和上柴所走的道路不同，锡柴、天津雷沃的欧Ⅳ标准技术首先在气体燃料机型上突破。2008年3月，锡柴展出了天然气欧Ⅳ排放标准的CA6SL1－26E4、CA6SF2－19NE4机型。此款机型还具有故障自动诊断及发动保护功能。潍柴的欧Ⅳ标准柴油机在WP12、WP10、WP6的N系列中推出，均采用SCR后处理技术。

　　康明斯也加紧了在华推出欧Ⅳ技术的步伐，除了原装进口发动机配装北京的城市公交车外，其合资的西安康明斯公司生产的ISM 11升6台欧Ⅳ发动机已装备陕汽重卡F3000,东风康明斯ISDe发动机配套垃圾专用车销往北京市，北京康明斯的ISF3.8升柴油机配套欧马可轻卡后也已正式在北京上市。

　　康明斯ISM欧IV标准柴油机采用的也是SCR后处理系统。此外，该机还有一个特别的设计——制动功能。当需要制动时，在发动机做负功的压缩行程中，活塞上行至末端时由制动系统打开排气门，将高压气体释放，使发动机在唯一做正功的膨胀行程中缸内形成负压倒吸活塞，从而做负功吸收车辆功能，降低车速。实际跟踪表明，陕汽国Ⅳ重卡每百公里消耗尿素不到1升。
　　
　　在轻型柴油机中，除了北京康明斯的ISF系列和江铃生产的DURATORQ4D24、JX4D24发动机达到欧IV排放标准外，新上马的欧意德非常值得关注。成立于2006年的内蒙古欧意德发动机有限公司，从意大利VM引进达到欧Ⅳ排放标准的柴油机，现在具有年产30万台的生产能力。该发动机中的3升、2.8升、2.5升机型可配装轻卡、微卡和轻型客车，其巨大的产能足以影响整个轻型车的柴油机配套格局。

　　表2  我国欧Ⅳ标准柴油机机型情况
 

　　欧Ⅳ柴油机的技术路线

　　表3　国内主要柴油机企业欧Ⅳ技术路线一览
 

　　一般情况下，能够实现重型柴油机欧Ⅳ排放的技术路线主要有：EGR+POC（废气再循环＋微粒催化氧化器）、EGR+DPF（废气再循环＋微粒捕集器）和SCR（选择性催化还原）。EGR+POC和EGR+DPF的技术路线，是采用控制燃烧温度等手段在机内减少氮氧化物生成，再利用POC或DPF对生成的微粒进行后处理。SCR技术是通过强化发动机机内燃烧来降低微粒的生成，然后利用尿素溶液对氮氧化物进行机外催化氧化。
　　
　　从技术特点看，EGR技术可以降低燃烧过程中氮氧化物的生成，但需要改动原有欧Ⅲ发动机的结构，增加废气再循环系统。在后处理方面，DPF通过采用微孔吸附性材料对废气中的微粒进行过滤，降低废气中微粒的含量。这种技术的缺点是安装微粒捕集器的同时，还必须加装相应的再生控制系统，除行驶之外还需要额外的燃油用于微粒捕集器再生。此外，微粒捕集器对燃油的含硫量有严格要求，而且再生后的微粒捕集器需要定期更换。
　　
　　POC主要通过催化氧化方式降低废气中微粒的含量，这种后处理装置与DPF和SCR相比，体积最小，而且不需要消耗额外燃油进行再生。但相比DPF，其降低废气中微粒含量的能力较差。

　　SCR比EGR技术在动力性和经济性上要好，其节油所带来的费用节省与使用的尿素溶液费用相当，与欧Ⅲ车型使用成本基本相同。根据我国的技术和油品含硫量较高的实际情况，我国柴油机企业多数采用了SCR技术路线。

　　表4　　SCR与EGR技术的优劣势对比
 

　　从世界区域情况看，欧洲大部分国家选择SCR作为主流技术路线；在美国，则主要选择EGR+DOC或EGR+DPF技术路线。从商用车和柴油机行业情况看，德国曼以EGR为主，少量采用SCR；斯堪尼亚则2种产品都有；DAF、IVECO、Renault、volvo、康明斯等都采用了SCR路线。沃尔沃大部分为SCR产品，同时也有少量的EGR产品。

　　从中国国内企业的重型柴油机情况看，玉柴、潍柴、康明斯各合资企业、中国重汽等主要采用SCR技术，采用EGR技术的只有上海日野和中国重汽的一部分机型。上海日野认为，由于国内这几年排放标准实施进程非常快，尤其对于目前已经实施的欧Ⅲ标准，国内柴油机企业刚刚完成电控系统、4气门结构等涉及到发动机本体结构的改造，所以在针对欧Ⅳ的解决方案中，国内企业大多选择了对本体机无需作大改动的SCR技术。而EGR由于要增加废气再循环系统，需要改动原有的欧Ⅲ发动机的结构，再进行大量的实验才能达到标准，因而没有被大多数企业所选择。
作为另一家重要的发动机合资外方，SCR技术的代表性企业康明斯（康明斯曾经在北美市场一直强调在重型柴油机上使用EGR技术，在中型柴油机上使用SCR技术，2008年康明斯公开表示，将在重型柴油机上使用SCR技术以应对欧Ⅳ排放标准）则认为，SCR技术更适合中国市场，SCR的主要优势是可靠性高、燃油消耗低、动力更强劲、散热要求低。同时，从欧Ⅳ继续提升至欧Ⅴ时，SCR要比EGR更方便，通用件也会更多。

　　轻型欧Ⅳ柴油机中，北京康明斯的ISF系列欧Ⅳ柴油机采用的是SCR后处理技术，而东风轻型发动机有限公司引进日产技术生产的ZD30柴油机，采用的是EGR＋DOC＋DPF技术。

　　笔者在进行市场调查时发现，实施欧Ⅳ标准可能会对当前混乱的欧Ⅲ技术路线在客观上起到梳理与规范的作用。一些正大量生产“EGR欧Ⅲ”发动机的企业认为，EGR欧Ⅲ只是一种过渡技术，到欧Ⅳ阶段，除电控EGR外，目前大量的内置EGR机型均无法升级。因此，如果欧Ⅳ标准执行得严格，假欧Ⅲ、机械EGR就会终止。不过，企业同时希望国家尽快把欧Ⅳ的技术路线确定下来，因为油品、SCR加注设施等，并非发动机企业单方面能为之，如国家能确定技术路线，企业的欧Ⅳ技术开发就有了方向。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　欧Ⅳ商用车车型亟待丰富
　　　　　　　　　　　　　　　　表5  我国欧Ⅳ标准商用车主要车型
 

　　目前我国的欧Ⅳ整车主要集中在客车领域，而且数量较少，卡车领域的欧Ⅳ整车更是寥寥无几。出现这些情况的主要原因是实施欧Ⅳ排放标准的城市很少（北京于2008年3月1日对轻、重型汽油车实施机动车欧Ⅳ排放标准，上海市于2009年11月起轻型汽油车和相关市政建设用车实施欧Ⅳ标准）。北京实施欧Ⅳ排放标准后，在奥运会期间采购了一批达到或超过欧Ⅳ标准的整车、发动机。如北京公交采购了菲亚特动力科技公司的800台压缩天然气发动机，其排放的CO、HC、NOX、甲烷、微粒、碳烟等方面的指标分别只有0.97、0.003、0.01、0.58、0.0003，远远低于欧Ⅴ标准。此外，还采购了2900台菲亚特柴油机(N60 ENT C SCR和C78 ENT C)，这些柴油机达到了欧Ⅴ排放标准。在这2900台柴油机中，N60 ENT C SCR采用了选择性催化还原装置。此外，北京采购的欧Ⅳ车型中，还有一批配装原装进口康明斯和玉柴生产的柴油机。2009年，东风特种车公司向北京环卫集团交付的14辆垃圾清运车采用的是东风康明斯生产的ISDe系列欧Ⅳ发动机。

　　近日，打进北京市场的还有江淮的102辆配备HFC6782和HFC6880欧Ⅳ底盘的公交车。

　　江淮底盘早在2008年即与康明斯、玉柴等知名柴油机厂合作进行欧Ⅳ客车底盘的研发，经过不断匹配试验，康明斯ISF系列（3.8升）和玉柴6J发动机比较适合。江淮的测试统计数据表明，应用SCR技术的江淮欧Ⅳ底盘扣除尿素消耗量，算下来的燃油经济性比欧Ⅲ发动机要好3%～4%。经过长时间的耐久性实验，证明使用硫含量超过2000ppm的油品不会对SCR系统造成劣化或损坏。

　　扬子江客车厂是我国城市客车的主要生产企业之一，2009年秋，扬子江WG6120CHM型欧Ⅳ城市客车（配装玉柴YC6J245-42型欧Ⅳ发动机）亮相汉口。

　　此外，轻型欧Ⅳ商用车主要是福田的欧马可（配装北京康明斯ISF3.8升柴油机）、江铃福特世代全顺（福特原装进口2.4升DURATORQTDCI高压共轨柴油机）、依维柯宝迪 A42 NJ6606DA 客车（配装依维柯F1CE0481P发动机）、沈阳华晨金杯汽车有限公司（配装沈阳新光华晨汽车发动机有限公司制造的4G20D4B发动机）。

　　总体看，我国欧Ⅳ标准商用车车型和配套发动机都很少，亟待丰富。