隨著國(guó)際《京都議定書(shū)》的正式生效，歐洲汽車產(chǎn)業(yè)希望借助“歐5”和隨后的“歐6”，利用歐洲柴油車在節(jié)能和限污方面的成熟技術(shù)，振興歐洲汽車工業(yè)并使其保持世界領(lǐng)先地位并完全壟斷環(huán)保節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)的科學(xué)先進(jìn)技術(shù)。

我國(guó)是《京都議定書(shū)》的簽約國(guó)，無(wú)論從政治還是從政績(jī)上考量，中國(guó)政府必須要履行對(duì)全世界的承諾，用二分之一的時(shí)間，走完歐盟（加上美日）從歐州汽車排放標(biāo)準(zhǔn)I號(hào)到V號(hào)或歐VI的二十多年實(shí)施階段時(shí)間，以高度體現(xiàn)中國(guó)發(fā)展速度與政治上極端高度性。

    根據(jù)今年年初國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議的安排，今年6月底前將發(fā)布第五階段車用柴油標(biāo)準(zhǔn)(硫含量不大于10ppm)，今年年底前將發(fā)布第五階段車用汽油標(biāo)準(zhǔn)(硫含量不大于10ppm)，過(guò)渡期均至2017年底。第五階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)走完了所有的程序，很快即將對(duì)外發(fā)布。”環(huán)保部官員表示，“標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后并不會(huì)即刻實(shí)施，因?yàn)樾聵?biāo)準(zhǔn)的實(shí)施需要一個(gè)準(zhǔn)備實(shí)施期，通常這一準(zhǔn)備期為三五年時(shí)間。”該官員解釋，汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，必須油品先行。

    因此，對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施最為重要的是，油品供應(yīng)企業(yè)必須充分準(zhǔn)備，保證能向用戶提供與排放標(biāo)準(zhǔn)相配套的國(guó)五油品，同時(shí)，汽車制造廠家也要研發(fā)生產(chǎn)符合這一新排放標(biāo)準(zhǔn)的汽車，用戶也要等政府的補(bǔ)貼政策才能決定是否淘汰舊車。

    今年經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，自2013年2月1日起，北京市在全國(guó)率先開(kāi)始執(zhí)行北京第五階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)務(wù)院提出的十條措施中，第七條措施為，用法律、標(biāo)準(zhǔn)倒逼產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，其中包括一項(xiàng)重要內(nèi)容，制定、修訂重點(diǎn)行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。

●  何為汽車排放標(biāo)準(zhǔn)？

    目前，世界汽車排放標(biāo)準(zhǔn)并立，分為歐洲、美國(guó)、日本標(biāo)準(zhǔn)三大體系。歐洲標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求相對(duì)而言比較寬泛，是發(fā)展中國(guó)家大都沿用的汽車尾氣排放體系，而日美最為嚴(yán)格。中國(guó)汽車大多數(shù)系從歐洲引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，因此大體上采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系，其尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也是延用歐標(biāo)體系。

    汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，是指從廢氣中排出的CO(一氧化碳)、HC＋NOx(碳?xì)浠衔锖偷趸?、PM(微粒，碳煙)等有害氣體。汽車排放是指從廢氣中排出的CO（一氧化碳）、HC＋NOx（碳?xì)浠衔锖偷趸铮?、PM（微粒，碳煙）等有害氣體。它們都是發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒作功過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體。

    這些有害氣體產(chǎn)生的原因各異，CO是燃油氧化不完全的中間產(chǎn)物，當(dāng)氧氣不充足時(shí)會(huì)產(chǎn)生CO，混合氣濃度大及混合氣不均勻都會(huì)使排氣中的CO增加。 HC是燃料中未燃燒的物質(zhì)，由于混合氣不均勻、燃燒室壁冷等原因造成部分燃油未來(lái)得及燃燒就被排放出去。NOx是燃料（汽油）在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的一種物質(zhì)。PM也是燃油燃燒時(shí)缺氧產(chǎn)生的一種物質(zhì)，其中以柴油機(jī)最明顯。因?yàn)椴裼蜋C(jī)采用壓燃方式，柴油在高溫高壓下裂解更容易產(chǎn)生大量肉眼看得見(jiàn)的碳煙。

    為了抑制這些有害氣體的產(chǎn)生，促使汽車生產(chǎn)廠家改進(jìn)產(chǎn)品以降低這些有害氣體的產(chǎn)生源頭，歐洲和美國(guó)都制定了相關(guān)的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)。其中歐洲標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)借鑒的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，目前，國(guó)產(chǎn)新車都會(huì)標(biāo)明發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放達(dá)到的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。

    歐洲標(biāo)準(zhǔn)是由歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）的排放法規(guī)和歐共體（EEC）的排放指令共同加以實(shí)現(xiàn)的，歐共體（EEC）即是現(xiàn)在的歐盟（EU）。排放法規(guī)由ECE參與國(guó)自愿認(rèn)可，排放指令是EEC或EU參與國(guó)強(qiáng)制實(shí)施的。

    汽車排放的歐洲法規(guī)（指令）標(biāo)準(zhǔn)1992年前巳實(shí)施若干階段，歐洲從1992年起開(kāi)始實(shí)施歐Ⅰ（歐Ⅰ型式認(rèn)證排放限值）、1996年起開(kāi)始實(shí)施歐Ⅱ（歐Ⅱ型式認(rèn)證和生產(chǎn)一致性排放限值）、2000年起開(kāi)始實(shí)施歐Ⅲ（歐Ⅲ型式認(rèn)證和生產(chǎn)一致性排放限值）、2005年起開(kāi)始實(shí)施歐Ⅳ（歐Ⅳ型式認(rèn)證和生產(chǎn)一致性排放限值）。

●  歐IV排放技術(shù)  

    歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)：

    歐0階段：采用純機(jī)械式的供油系統(tǒng)(燃油泵或柴油泵)和自然吸氣技術(shù)。 歐Ⅰ階段：在歐0發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械供油系統(tǒng)(燃油泵)基礎(chǔ)上，主要輔以廢氣渦輪增壓技術(shù)。

    歐Ⅱ階段：在歐Ⅰ發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)上適當(dāng)改進(jìn)，主要輔以廢氣渦輪增壓(水空)中冷技術(shù)或廢氣渦輪增壓中冷技術(shù)， 供油系統(tǒng)沒(méi)有本質(zhì)變化。

    歐Ⅲ階段：對(duì)歐II發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)進(jìn)行重大升級(jí)，主要是供油系統(tǒng)發(fā)生了本質(zhì)變化，實(shí)現(xiàn)了供油系統(tǒng)由機(jī)械式控制向電子控制的轉(zhuǎn)化，主要技術(shù)路線包括電控泵噴嘴、電控高壓共軌、電控單體泵和電控H泵+EGR。EGR(廢氣再循環(huán))技術(shù)主要是針對(duì)有害氣體(NOx) 設(shè)置的排氣凈化裝置，它將一部分排氣循入進(jìn)氣管與新鮮空氣混合后進(jìn)入氣缸燃燒，以增加混合氣的熱容量，降低燃燒時(shí)的最高溫度，抑制NOx的生成。

     歐Ⅳ階段：在該階段，PM與NOx的排放都做了進(jìn)一步限制，其技術(shù)路線是在歐Ⅲ發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，供油系統(tǒng)沒(méi)有本質(zhì)變化，主要是采取一系列機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)如提高供油系統(tǒng)的控制靈敏性和壓力，燃燒室和進(jìn)氣等進(jìn)一步優(yōu)化，并綜合使用機(jī)外凈化(后處理)技術(shù)。機(jī)外凈化(后處理)技術(shù)目前主要有兩條技術(shù)路線：一種是SCR(選擇性催化還原)技術(shù)，通過(guò)機(jī)內(nèi)凈化PM，機(jī)外催化還原；另一種是EGR(廢氣再循環(huán))+DPF(微粒捕集器)+DOC(氧化催化轉(zhuǎn)換器)技術(shù)，通過(guò)機(jī)內(nèi)凈化降低NOx，機(jī)外通過(guò)微粒捕捉器過(guò)濾PM。

     歐Ⅴ階段：在該階段，對(duì)PM的要求與歐Ⅳ相同，僅對(duì)NOx的排放做了進(jìn)一步限制。其技術(shù)路線在歐Ⅳ發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，根據(jù)歐Ⅳ階段采取的技術(shù)路線的不同，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。采用SCR技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)容易，只需要進(jìn)行部分配件和電控參數(shù)上的局部調(diào)整，而采用EGR技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)則需要在油泵等管路上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

    歐美主要采用了兩條機(jī)外后處理技術(shù)路線：

    1、SCR (選擇性催化還原) 技術(shù)路線，通過(guò)優(yōu)化噴油和燃燒過(guò)程，盡量在機(jī)內(nèi)控制微粒的產(chǎn)生，在機(jī)外后處理過(guò)程，采用尿素溶液對(duì)NOx進(jìn)行選擇性催化還原。采用該技術(shù)路線的主要有康明斯、馬克、底特律柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、戴姆勒克萊斯勒、沃爾沃、達(dá)夫、依維柯。

    2、EGR+DPF/DOC (廢氣再循環(huán)+微粒捕集器/氧化催化轉(zhuǎn)換器)技術(shù)路線，它以廢氣再循環(huán)為基礎(chǔ)，在機(jī)內(nèi)抑制NOx的產(chǎn)生，在機(jī)外后處理過(guò)程中采用微粒捕集器對(duì)微粒進(jìn)行捕捉。目前，采用該技術(shù)路線的主要有康明斯、卡特彼勒、萬(wàn)國(guó)、斯堪尼亞、曼等。

    采用SCR方案，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不須做進(jìn)一步的強(qiáng)化處理。燃油中的硫含量對(duì)于系統(tǒng)的影響較小，可回避燃油含硫量高的難題。采用SCR方案可通過(guò)調(diào)整噴油特性而節(jié)省燃油消耗約5%，整車需增加一套尿素貯存和轉(zhuǎn)化裝置而使成本增加。采用EGR+ DPF/DOC方案需對(duì)原發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)化，提高噴油壓力和增壓中冷能力。在歐洲主要以SCR技術(shù)占主流，而在北美卻以EGR+DPF為主流。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)主流卡車廠家國(guó)Ⅳ機(jī)型及所采用的技術(shù)路線比較認(rèn)可SCR技術(shù)路線。

●  歐標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)區(qū)別   

    為滿足歐VI和歐V標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商將必須采取發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)、使用含硫量極低的燃油以及排放控制系統(tǒng)等技術(shù)措施。歐VI和歐V標(biāo)準(zhǔn)要求柴油含硫量不超過(guò)5010-6，而美國(guó)2007年和2010年法規(guī)則要求將柴油含硫量降低至15×10-6。而歐V和歐VVI標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)顆粒物排放，這給柴油發(fā)動(dòng)機(jī)降低002it}放量帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。

    柴油機(jī)作為最廣泛應(yīng)用的動(dòng)力源引擎，其總體技術(shù)結(jié)構(gòu)相近，主要區(qū)別在燃油系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，即直列式機(jī)械泵、電控共軌系統(tǒng)。目前，代表國(guó)際先進(jìn)水平的是德國(guó)BOSH公司，其共軌燃油系統(tǒng)的排放標(biāo)準(zhǔn)在歐III（國(guó)3）以內(nèi)。它采用曲軸、連桿、十字頭結(jié)構(gòu)，泵壓130Mpa。

    而歐IV標(biāo)準(zhǔn)要求把油泵壓力提高到160Mpa，這種相對(duì)略簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不適應(yīng)了。首先，柱塞偶配精度高，難以加工；其次，這種設(shè)計(jì)方案采用的是彈簧回力點(diǎn)接觸傳力結(jié)構(gòu)，在壓力增高以后，容易出現(xiàn)卡死和傳動(dòng)不平穩(wěn)的缺點(diǎn)。因此，歐V標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品已經(jīng)巔覆了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)原則，特別是對(duì)油泵設(shè)計(jì)原理，完全是一次推翻傳統(tǒng)理論進(jìn)而重新革命性的再創(chuàng)新過(guò)程。

    DOC技術(shù)裝置可以將總微粒(TPM)中的可溶性有機(jī)組分(SOF)氧化成CO2和水。還能將排氣中的CO和HC氧化成CO2和水。與控制TPM、HC和CO排放不同，NOx需要被還原成氮(N2)和水。

    其技術(shù)原理：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的SO3遇水會(huì)生成硫酸，它是TPM的—部分；(2)硫極易被大多數(shù)排放控制系統(tǒng)采用的鉑催化劑從SO2氧化為SO3；(3)硫會(huì)使稀NOx捕集器(LNT)和含鈀等催化劑中毒失效。需要采用一種能氧化CO與HC、而又不會(huì)使SO2氧化的技術(shù)。一種硫酸鹽抑制劑可改變鉑的選擇性。降低SO2的活性。

    采用一些方法克服TPM的低反應(yīng)活性：(1)使TPM中的SOF組分氧化；(2)將顆粒捕集到過(guò)濾器中并在高溫下使它氧化；(3)通過(guò)NO氧化成NO2，使之產(chǎn)生一種更具反應(yīng)活性的氧化物形式。

    據(jù)查閱相關(guān)資料表明：利用過(guò)濾器捕集TPM并定期在高溫下使過(guò)濾器再生的方法已在美國(guó)2007年所有重型柴油車和歐洲大多數(shù)柴油客車上投入商業(yè)化應(yīng)用。在需要降低顆粒排放及使用鉑的場(chǎng)合，幾乎全部都采用NO2來(lái)氧化碳煙。在不需要完全過(guò)濾TPM的某些場(chǎng)合，采用一種分流式過(guò)濾器或者采用一種通過(guò)載體的標(biāo)準(zhǔn)氣流就足以滿足需要。一套DOC裝置可以去除廢氣中20%-60%的顆粒。去除NOx的第一種技術(shù)是稀NOx催化(LNC)。這項(xiàng)技術(shù)已在要求將NOx排放降低5%-10%的場(chǎng)合應(yīng)用于輕型柴油車。在排氣中添加額外HC可使NOx的降幅擴(kuò)大至10%-20%。

    但其缺點(diǎn)是：在150-200℃之間大多數(shù)LNC催化劑會(huì)生成大量N2O。柴油機(jī)LNT在稀氣條件下使NOx吸收在LNT中直到NOx的數(shù)量達(dá)到LNT的容量為止。當(dāng)NOx達(dá)到峰值時(shí)開(kāi)始脫附并與CO和HC反應(yīng)生成N2和水。這項(xiàng)技術(shù)最初應(yīng)用于美國(guó)的乘用車和中型載貨車。但燃油中的硫會(huì)對(duì)LNT的性能和耐久性產(chǎn)生很大影響。

    SCR技術(shù)使用的還原劑并非CO和HC，而是氨。汽車選用的SCR還原劑通常為32.5%(質(zhì)量百分比)的液態(tài)尿素溶液。目前有幾種商用SCR催化裝置可供選用，包括釩氧化物、低溫沸石和高溫沸石。釩基SCR裝置適于在200-550℃溫度范圍內(nèi)工作，但當(dāng)它暴露在600℃以上的環(huán)境時(shí)會(huì)很快失去活性。低溫沸石裝置起作用的溫度為150-450℃，正準(zhǔn)備用于輕型柴油乘用車。高溫沸石起作用的溫度為250-700℃(在SCR裝置前安裝DOC裝置有可能使其作用的溫度下限降低到200℃)。

    高溫沸石裝置將主要用于美國(guó)2010年發(fā)動(dòng)機(jī)和歐IV發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx還原，該過(guò)濾裝置需要在600℃以上進(jìn)行有源再生、發(fā)動(dòng)機(jī)制造商面臨設(shè)計(jì)上的選擇：發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放控制與TPM排放控制系統(tǒng)相結(jié)合，或發(fā)動(dòng)機(jī)TPM排放控制與NOx排放控制系統(tǒng)相結(jié)合。歐洲有發(fā)動(dòng)機(jī)制造商選擇了前者，但大多發(fā)動(dòng)機(jī)制造商都選擇了SCR，這是因?yàn)樗试S發(fā)動(dòng)機(jī)針對(duì)低顆粒、高NOx及最大燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化。

    此外，歐洲現(xiàn)有的SCR排放控制系統(tǒng)有能力在改動(dòng)最小的情況下(提供更高的尿素噴射率等方法)達(dá)到歐V排放標(biāo)準(zhǔn)。歐洲重型柴油車都選擇釩基SCR系統(tǒng)是因?yàn)樗哂凶罴训某杀?mdash;效益比。在不采用DOC裝置的情況下達(dá)到歐IV標(biāo)準(zhǔn)要求的、60%-70%的NOx轉(zhuǎn)換率也是有可能的。這一方法有利于在無(wú)法供應(yīng)低硫燃油的地區(qū)使用。