我国机动车污染防治行业技术发展综述

（中国环境保护产业协会机动车污染控制防治技术专业委员会，北京 100037）

我国机动车污染防治行业技术发展综述

（中国环境保护产业协会机动车污染控制防治技术专业委员会，北京 100037）

综述了我国机动车污染防治行业的技术发展进展及市场特点，介绍了机动车污染防治行业的新技术开发应用情况，并对行业的骨干企业和市场特点进行了分析。

机动车污染防治;排放控制;新技术;开发应用

1 我国机动车污染防治行业总体技术发展进展

关于汽车排放控制技术，机动车污染防治行业涉及的可划分为六大子系统：尾气后处理系统（载体、催化剂、衬垫、封装、尿素喷射系统）；发动机管理系统（喷油器、传感器、电磁阀、电机等）；燃油蒸发系统（碳罐）；曲轴箱通风系统（PVC）；涡轮增压系统（涡轮增压器，增压中冷器）；废气再循环系统（EGR、EGR中冷器）。

柴油车主要排放控制技术包括：排气后处理技术（DPF、SCR、POC）、电控高压喷射（共轨、泵喷嘴、单体泵等）技术、发动机综合管理系统、发动机本身结构优化设计技术、可变增压中冷技术、废气再循环（EGR）技术等。

汽油车主要排放控制技术包括：采用电控发动机管理系统以及配备三元催化转化器技术等。

摩托车主要排放控制技术包括：对传统燃油摩托车所采用的发动机进行优化设计、化油器的优化改进、电控化油器、二次进气装置、燃油蒸发排放控制装置、点火系统的优化、电控燃油喷射系统和排气催化转化技术等。

1.1 国Ⅳ/Ⅴ柴油车排放控制技术

（1）柴油机排放控制技术

重型柴油车尾气排放标准国Ⅲ/Ⅳ/Ⅴ已于2006年发布，等效欧洲重型车尾气排放法规，实施时间分别是2008年、2012年、2013年，标志着国Ⅳ标准已经进入我国机动车尾气排放领域。

随着机动车排放标准的不断提高，特别是目前为实现由国Ⅲ排放法规向国Ⅳ排放法规的升级跨越，国际上采用改进国Ⅲ发动机机内燃烧技术 + 选择性催化还原系统（SCR）或者+废气再循环系统（EGR）+壁流式颗粒物捕集器（DPF）/通透式颗粒物捕集器（POC）尾气后处理技术两大主流技术路线来实现。

SCR技术路线主要通过提高喷油压力，优化喷射定时，改善燃烧过程，来降低发动机机内颗粒物排放，而此过程产生的较高NOx排放则采用SCR还原成N2和O2。

EGR+DPF技术路线通过EGR将NOx排放降低到标准要求以下，此过程产生的较高颗粒物排放则通过DPF降低到满足标准的要求。为避免DPF装置堵塞须采用再生策略，根据再生方式的不同，主要分为主动再生型、被动再生型和辅助再生等。

（2）主要尾气后处理装置

1） SCR后处理装置

目前被广泛应用的是使用尿素作为还原剂Urea-SCR（尿素选择性催化还原器）系统。它是先将尿素固体颗粒在容器中完全溶解生成32.5%的尿素水溶液，然后将溶液泵送到水解槽中，通过热交换器将溶液加热至反应温度后水解生成氨气。

Urea-SCR集成及匹配控制系统主要由尿素储存罐、尿素喷射系统和催化器组成。

2） 氧化催化转化器（DOC）

柴油氧化催化转化器是通过催化氧化反应，同时降低柴油车尾气中CO、HC和颗粒物污染物排放量的排气净化装置。DOC主要是去除PM中的可溶性有机物（SOF）。另外，尾气中的部分SO2也会在高温下被氧化最终生成硫酸盐。因此，对于含硫量高的柴油，将使PM中的硫酸盐比例增大，可能导致PM排放增加。

DOC的结构主要由载体、垫层和壳体组成。载体上有涂层和催化剂，载体形式有陶瓷载体和不锈钢金属两种，催化剂成分主要是铂（Pt）和钯（Pd）等贵金属。DOC技术目前已经广泛应用于国III轻型柴油车。

3） 壁流式颗粒物捕集器（DPF）

壁流式颗粒物过滤器的结构特点是每相邻的两个通道，一个通道在进口处被堵住，另一个通道在出口处被堵住。这样，排气从一个通道进来以后，必须穿过透气陶瓷壁面从另一个通道出去。因此，排气中的炭烟颗粒就被沉积在进口通道的壁面上。壁流式过滤器可以降低PM达85%以上，同时大大减少CO和HC排放。

4）流通式颗粒物捕集器（POC）

流通式颗粒氧化催化器捕捉颗粒物，是开放式的过滤结构，可以捕捉柴油车尾气排放中的颗粒物，通过氧化燃烧再生，降低PM效率可达30%～80%，而没有明显的排气背压升高。POC采用100%不锈钢结构，载体上有化学涂层。由于POC需要较高的再生温度，因此需要与DOC配合使用。另外，POC质量轻，体积小，尺寸可变，易于集成到排气系统中。

（3）燃油喷射系统

关于燃油喷射系统的研发能力，各主要电喷企业在国内都设立了相应的研发中心，利用国内研发中心引进国外已经应用的产品，进行本地化生产及技术支持。技术和产品基本成熟，并且相匹配的机型也通过国家环保型式核准。主要外资企业拥有国Ⅳ燃油喷射系统技术能力，未来技术发展将朝着更高喷射压力（1800～2000bar）的方向发展。

（4）涡轮增压器系统

涡轮增压器能够有效提高重型柴油机功率、改善经济性能、降低污染物排放。涡轮增压器不仅使功率范围增大，虽然在低负荷区，对经济性没有明显改善，但使高负荷的经济运行范围也扩大了。这对经常满负荷高速运转的重型柴油汽车来说，作用是非常显著的。涡轮增压器在柴油车上得到了广泛应用，国Ⅲ、国Ⅳ重型柴油机都已装配了涡轮增压器。未来技术发展方向主要朝着可变截面涡轮增压系统方向发展。

1.2 国Ⅳ/Ⅴ汽油车排放控制技术

对于国Ⅳ/Ⅴ技术相对国Ⅲ的技术变化来说，应在现有的技术基础上不断地优化和提高。主要有以下几个方面：1）催化剂性能的优化，包括耐硫性能、耐久性能提高，涂层更耐高温，起燃温度更低，贵金属含量更少等方面。2）发动机标定策略的优化，主要包括发动机标定的精细化，对更多不同工况下参数进行数据的采集和优化，并且对OBD性能进行优化。

1.3 国Ⅲ摩托车排放控制技术

对摩托车满足国Ⅲ排放标准和燃油蒸发标准的技术路线主要采用基于化油器的技术方法：“化油器+两级催化转化器+二次补气装置+炭罐”或“电控化油器+催化转化器+炭罐”的应对方案和基于电喷的技术方法：“电喷+催化转化器+炭罐”。

机动车环保产业一直持续不断为汽车工业提供满足符合国家排放标准的产品，保障了国家各阶段排放法规的顺利实施，目前可以提供满足国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ标准，和甚至更高排放标准的机动车环保产品。在柴油车方面，可以提供满足重型柴油车国IV排放标准的选择性催化还原（SCR）系统、颗粒物过滤器（DPF）系统、高压共轨喷射系统、电控单体泵系统、电控EGR阀、可变几何截面（VGT）/可变喷嘴（VNT）涡轮增压器等机动车环保产品；在汽油车方面，可以满足国Ⅳ/Ⅴ标准的紧密耦合型三元催化器；在摩托车方面，可以提供满足摩托车国Ⅲ排放标准和燃油蒸发标准的“化油器+两级催化转化器+二次补气装置+炭罐”、“电控化油器+催化转化器+炭罐”或“电喷+催化转化器+炭罐”的产品；而且还能提供CNG/LNG/LPG等替代燃料发动机的尾气净化催化剂。

2 新技术开发应用

目前，节能减排已经成为全球、全社会关注的问题，随着机动车保有量的快速增长，其排气污染物对大气质量的影响也成为主要污染之一。为了实施国家标准，机动车后处理行业——尾气后处理系统、燃油喷射系统、涡轮增压器系统等生产企业开展了新技术的研究、试验和匹配工作，并做好了生产准备。

随着机动车排放法规的加严，尾气后处理装置行业不断涌现出一些新技术和新产品，从而形成新兴的行业。在政府相关部门的扶持下，国内机动车环保生产企业和高等院校、科研院所的联合攻关，技术方面突破了国外企业的技术壁垒，在多个方面已经形成了自主研发实力。例如：在催化剂方面，已经能够提供符合市场需求的汽油车国Ⅳ贵金属催化剂，以及国Ⅳ柴油车SCR系统所用的钒基催化剂；在载体方面已经能够形成400～600目汽油机用载体；并且通过自主开发或引进国外先进设备，如薄壁载体成型挤压机、贵金属合成设备系统、ICP、XRF、XRD、模拟气分析设备、比表面分析仪、化学吸附仪、粒度分析仪等，这些企业逐步建立了较全面的基础分析测试平台，在产业建设方面形成了一定的生产规模，具备一定的供给能力。

为进一步研究和应用新的机动车排放控制技术，还应开展相关技术项目的研究。例如：

（1）高孔密度，薄壁堇青石蜂窝陶瓷蜂窝载体研究

堇青石蜂窝陶瓷蜂窝载体是尾气净化催化剂的重要基体材料，在孔密度、壁厚等关键技术指标方面和大规格基体方面，与美国康宁公司和日本NGK公司相比存在较大的差距。并且在实施国V和国VI排放标准时，高孔密度、薄壁堇青石陶瓷蜂窝载体将是一个主流的配置，而从目前国内的研发实力来看要取得突破有一定的难度，这可能将会在今后的发展中成为瓶颈。所以，应设立基础研究，作适当支持，进行长期研究，以寻求突破。

（2）碳化硅/堇青石壁流式颗粒物捕集器（DPF）

控制柴油车微粒排放的装置主要有流通式或部分流通式微粒过滤器和壁流式微粒过滤器两种。两种微粒过滤器相比，流通式或部分流通式过滤器不能有效地降低柴油车排气中的微粒数量，对微粒质量的降低比例仅在50%左右，不能从根本上解决超细微粒对人体健康的危害；壁流式微粒过滤器使用封闭型的过滤壁面对所流经的微粒进行拦截，对超细微粒数量的分离效率超过90%。因此，认为壁流式微粒过滤器才能最有效地解决超细微粒对公众健康的危害。

该装置除了在中重型柴油车将会得到广泛应用外，未来在汽油车中也将要使用，以消除颗粒物对人类的巨大危害。国内现在无论是DPF还是涂有催化剂的DPF都发展比较缓慢，技术水平落后较多，而工业发达国家正在加紧发展。因此，应该尽快从DPF载体研究和DPF再生控制方法研究两个方面给予持续的支持，促进其发展。

（3）高性能催化剂技术研究

尾气净化催化剂是科学和技术同时密集的产品，特别是应用于控制机动车排放污染物领域，具有极高的难度。因此，应该支持尾气净化催化剂技术的研究，如：高性能稀土储氧催化剂技术、耐高温高比表面材料制备技术、汽油发动机低温THC与耐高温三效催化剂的制备技术、稀燃汽油发动机的NSR（NOx存储还原）催化技术、密偶催化剂的制备技术、抗老化分子筛SCR催化剂、高性能铈基SOF（可溶性有机物）净化催化剂、NOx与PM同时净化技术；研究解决V-W-Ti体系的SCR催化剂V的流失和CSF（催化剂涂层微粒捕集器）抗硫老化问题。

（4）非膨胀型陶瓷衬垫研究

使用薄壁或极薄壁载体已成为行业发展趋势，传统的膨胀型衬垫由于蛭石含量高，容易将薄壁载体压碎，应使用非膨胀性的陶瓷衬垫才能满足要求。另外，由于法规的加严带来催化器位置的前移，要求衬垫能耐更高温度（950℃以上）。这种适应于薄壁载体的非膨胀型衬垫的关键原材料为特制多晶纤维，目前我国还不具有相关的制备能力，而美国和日本都已经有成熟的产品。因此需要尽快落实政策支持相关研究，以保障新阶段排放法规的顺利实施。

（5）高精度尿素喷射系统

对于符合国Ⅳ标准的柴油车来说，国内主要采用SCR技术路线的后处理系统来满足法规要求。SCR系统除了催化剂之外，关键部件是高精度的尿素喷射系统，目前只有博世、格兰富等外国公司拥有成熟的技术，国内也只是刚刚开发完成样品研制。因此，应该重点支持主要关键部件——尿素喷射系统的研发工作。

（6）柴油车高压共轨系统研究

柴油车高压共轨系统是满足日益严格的尾气排放标准的必然趋势，已经在国外柴油车上普遍投入使用，而且该技术主要由博世、德尔福、电装等企业所掌握。因为国内自主企业和技术先进企业相比，技术基础薄弱，产品性能满足不了机动车排放法规的要求。所以，应该对柴油车高压共轨系统这一关键核心部件研发和产业化工作进行持续支持。

3 行业市场特点

随着行业市场的急剧扩大，一些骨干企业的优势得以继续发展，一些新兴企业在市场上也在各个方面取得突破，已经初步形成了分工合作、有序竞争的格局。行业内的有序竞争，一方面促使了新技术、新产品的快速应用，另一方面保证了为市场提供更加优质的产品或服务。

（1）陶瓷载体产业

催化器陶瓷载体主要生产企业为：康宁（上海）有限公司和NGK（苏州）环保陶瓷有限公司，这两家企业的产品占据国内市场的份额超过80%。目前，国内大部分的整车企业基本都采用这两家公司的产品，其产品性能已经得到了广大用户的认可。同时，在这两家企业的推动下，国内催化器陶瓷载体行业也得到了快速而有序的发展。

（2）催化剂产业

催化剂主要生产企业为：巴斯夫催化剂（上海）有限公司、优美科汽车催化剂（苏州）有限公司、庄信万丰（上海）化工有限公司、无锡威孚力达催化净化器有限责任公司和昆明贵研催化剂有限公司。其中巴斯夫、优美科、庄信万丰是世界级的专业生产催化剂公司，技术实力雄厚，并且具有国际大汽车厂家在国外相关配套的经验，故与国内合资整车企业形成了紧密的配套关系，每家企业都占据了20%以上的国内市场份额。虽然催化剂行业技术含量较高，但国内企业如无锡威孚力达、昆明贵研经过近些年的发展和努力，自主产品性能已经能达到了国内先进水平，产品质量得到了很多整车企业的认可，市场份额也稳步提升，形成了市场上一股新兴的促进力量。

（3）衬垫产业

衬垫主要生产企业为：3M（中国）有限公司、浙江邦得利汽车环保技术有限公司和奇耐联合纤维（上海）有限公司三家。3M公司在衬垫市场上占据了绝对的领先地位。

（4）封装产业

目前从事催化转化器封装的企业有60多家。之所以有这么多企业从事这个行业，主要原因有3个：1）封装行业技术壁垒较小，很多企业由原先从事排气消声器的生产扩大为从事催化转化器的封装，技术转型相对容易；2）排气系统由于运输困难，封装企业一般设立在离整车厂较近的地方，一些整车企业为了保障供应的稳定性和采购价格的优势，更倾向于采购所在地供应商；3）由于柴油机后处理系统市场逐渐形成，从而出现了一批从事柴油机后处理封装的企业。

（5）汽油发动机管理系统

汽油发动机管理系统主要生产企业为：联合汽车电子有限公司、德尔福万源发动机管理系统有限公司、电装（中国）投资有限公司、大陆汽车电子（长春）有限公司、马瑞利动力系统（上海）有限公司等几家公司。其中联合汽车电子由于成立较早、技术实力强大等原因，市场份额超过40%。德尔福、电装、大陆在市场上也占据了一席之地。国内自主企业还未能在这方面取得关键技术的突破。

（6）柴油机燃油喷射系统

柴油机燃油喷射系统主要生产企业为：博世汽车柴油股份系统有限公司、德尔福（中国）科技研发公司、电装（中国）投资有限公司，这三家公司基本占据了国内大部分的市场。由于国内企业的原有技术基础都很薄弱，和技术先进企业相比，产品性能存在差距。目前正在采取相应的技术措施，国内辽宁新风吉尔燃油喷射有限公司引进了德国的技术，组织生产轻型柴油车用高压共轨产品。

随着汽车保有量不断地增加，机动车排放法规不断加严，加快发展机动车环保产业势在必行。经初步测算，机动车环保行业将能够带动每年至少300亿元的环保市场规模。但是，在产业发展过程中也将会出现大而不强、技术能力薄弱的现象，希望能引起政府有关部门的高度关注。

目前，重型柴油机生产企业已有155种国Ⅳ产品通过了环保型式核准，主要采用高压共轨/单体泵+选择性催化还原（SCR）尾气后处理技术。主要重型柴油机生产企业，如玉柴、潍柴、锡柴、大柴和东风康明斯生产的国Ⅲ产品主要采用高压共轨技术、电控单体泵和EGR+直列泵。这些机型已经在北京、上海、杭州等城市的公交车上应用。

国Ⅲ轻型柴油车产品型式核准数量达到2000多种，其中M类车辆达到500多种，N1类车辆达到1500多种。可以看出，我国M类轻型柴油车生产企业国Ⅲ产品准备比较充分，已有大量车型通过环保型式核准。N1类轻型柴油车生产企业中，传统的轻型柴油车生产企业，都有国Ⅲ产品通过环保型式核准，这些企业的产品主要面向城市物流等中高端市场；而由农用车转型生产轻卡的企业还没有国Ⅲ产品通过环保型式核准，这些企业的产品主要面向农村等低端市场。

轻型汽油车已有140多家生产企业的200多种国Ⅳ机型和千余种国Ⅳ车型通过了环保型式核准，生产能力充足。轻型汽油机在国Ⅲ和国Ⅳ硬件上的区别主要是三元催化系统的贵金属成分及配比的优化。从市场上看，在汽车销量节节攀升的情况下，尾气后处理系统都能满足需求。尾气后处理系统年产能至少有1200万套，完全满足国Ⅳ标准实施的要求。另外，燃油喷射系统年产能至少达到1000万套，也能满足国Ⅳ标准实施的要求。

摩托车产销量占全球的50%以上，已有大量数据证实单位摩托车的排放污染物是汽车的10倍以上，即使所有的摩托车全部采用“化油器+两级催化转化器+二次补气装置+炭罐”方案，都能够满足摩托车国Ⅲ排放标准和燃油蒸发标准的要求。

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