摩托車尾氣凈化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
摘要： 控制摩托車排氣的凈化技術(shù)是一項(xiàng)以催化轉(zhuǎn)化為核心的綜合設(shè)計(jì)和匹配優(yōu)化工程， 金屬載體上載工藝是摩托車催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的核心，也是制備金屬載體催化劑的關(guān)鍵工藝。經(jīng)試驗(yàn)證明， 新工藝既保證了催化劑組份抗熱沖擊和機(jī)械沖擊能力， 也具有良好的 CO、 HC和NOx三元凈化性能。
經(jīng)過多年的研發(fā)及應(yīng)用實(shí)踐，作為世界上最大的摩托車生產(chǎn)大國和使用大國，我國已形成了一套既適合我國國情又體現(xiàn)世界水準(zhǔn)的成熟、有效的治理摩托車排氣污染的催化轉(zhuǎn)化技術(shù)體系。以金屬為載體的催化劑涂層和制備工藝的研發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、摩托車催化轉(zhuǎn)化器匹配總成技術(shù)的完善和凈化性能評價(jià)裝置規(guī)范化和方法的建立等大大促進(jìn)這一凈化技術(shù)體系的發(fā)展，為推廣和應(yīng)用催化轉(zhuǎn)化器提供良好的技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)產(chǎn)品，它將緊密地配合我國當(dāng)前摩托車的排放現(xiàn)狀和國家公布的強(qiáng)制性實(shí)施的排放法規(guī)，使我國摩托車產(chǎn)品的排放控制水平逐漸與國際接軌。
1 我國摩托車排放現(xiàn)狀及可能采取的控制手段
據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2003年我國摩托車的產(chǎn)量和銷量均超過 1 400萬輛，不少城市的禁摩和限摩政策并未能阻擋人們對摩托車的需求。要解決摩托車排放造成的大氣污染， 關(guān)鍵在于積極尋求和發(fā)展有效的治理技術(shù)。二沖程摩托車由于其排放污染嚴(yán)重等原因，產(chǎn)量在逐年減少， 2003年其產(chǎn)量僅不到總產(chǎn)量的10%，即占90%多的摩托車均為四沖程摩托車， 其中125 mL 占50%以上。 當(dāng)前， 二沖程摩托車的排放只有一部分達(dá)到歐I標(biāo)準(zhǔn)， 幾乎100%未能達(dá)到歐II標(biāo)準(zhǔn)， 而對于四沖程摩托車， 通過加強(qiáng)對發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)， 不采取任何措施， 就HC和NOx而言大部分可以滿足歐II標(biāo)準(zhǔn)， 但至少80%的四沖程摩托車應(yīng)采取治理措施， 主要解決 CO的超標(biāo)現(xiàn)象。
眾所周知，摩托車排氣中污染物的形成受多種因素的影響。依靠先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的各種機(jī)內(nèi)凈化措施（如采用電控燃油噴射技術(shù)、 推遲點(diǎn)火提前角、 控制混合空燃比等） ，提高化油器精度，優(yōu)化排氣系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)性能的匹配等， 在一定程度上可有效地降低排氣中污染物。 經(jīng)過多年的探索表明，要滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)， 必須應(yīng)用包括催化轉(zhuǎn)化的排氣后處理凈化技術(shù)。天津摩托車技術(shù)中心綜合近幾年來對各類型摩托車的排放治理經(jīng)驗(yàn)提出了二沖程摩托車可采用電子燃油噴射技術(shù)（EFI）和催化轉(zhuǎn)化技術(shù)相結(jié)合的方法， 使其達(dá)到歐II排放標(biāo)準(zhǔn)； 對四沖程摩托車則采用EFI 技術(shù)或精調(diào)原機(jī)化油器和催化轉(zhuǎn)化技術(shù)加二次補(bǔ)氣系統(tǒng) （SAI） 相結(jié)合的方法， 可使其排放滿足歐II 標(biāo)準(zhǔn)。
從當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀看，催化轉(zhuǎn)化技術(shù)仍是治理摩托車排放的有效技術(shù)手段。使用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)必須綜合考慮各種因素對發(fā)動(dòng)機(jī)性能及整車性能的影響，對不同的車型應(yīng)分別進(jìn)行優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)。在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)排放目標(biāo)的同時(shí)，應(yīng)使催化轉(zhuǎn)化器符合所要求的耐久性、 抗熱性、 安全性、 燃油經(jīng)濟(jì)性、 整車動(dòng)力性和整車噪聲等。因此，控制摩托車排氣的凈化技術(shù)是一項(xiàng)以催化轉(zhuǎn)化為核心的綜合設(shè)計(jì)和匹配優(yōu)化工程， 目前已有可行的技術(shù)方法和手段。
根據(jù)已公布并強(qiáng)制性實(shí)施的3項(xiàng)摩托車排氣污染物限值的國家標(biāo)準(zhǔn) （GB 14621—2002、 GB 18176 —2002 和 GB 14622—2002）中規(guī)定的實(shí)施進(jìn)度， 2005年將全面實(shí)施歐II標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)， 據(jù)權(quán)威人士指出，出廠的摩托車產(chǎn)品在達(dá)到歐II排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)， 必須保證催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)有10 000 km以上的使用壽命，并將考慮所規(guī)定的整車噪聲限值。我國各摩托車企業(yè)對此均給予極大的關(guān)注，主動(dòng)地尋求能使摩托車產(chǎn)品排放達(dá)到歐II的技術(shù)和方法， 這在很大程度上促進(jìn)了催化轉(zhuǎn)化技術(shù)和整車匹配技術(shù)的發(fā)展。
2 摩托車催化轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)展
催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用取決于多個(gè)因素：排放的現(xiàn)狀和法規(guī)的頒布明確了對催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的目標(biāo)要求； 催化轉(zhuǎn)化技術(shù)本身的進(jìn)展， 包括催化劑性能的提高，匹配總成技術(shù)的完善和使用壽命的改進(jìn)等可表明這一技術(shù)的實(shí)用性；對催化劑和催化轉(zhuǎn)化器性能評價(jià)方法的規(guī)范化和相應(yīng)評價(jià)裝置的建立可客觀地評價(jià)相應(yīng)技術(shù)產(chǎn)品的可靠性。近年來， 我國不少高等院校、 研究機(jī)構(gòu)和催化劑企業(yè)加大對摩托車排放控制技術(shù)的研發(fā)力度，國家科技部、國家環(huán)？偩忠矊Υ私o予大力支持。桂林利凱特環(huán)保實(shí)業(yè)股份有限公司、 清華大學(xué)、 武漢理工大學(xué)和天津摩托車技術(shù)中心共同承擔(dān) “十五” 國家863 計(jì)劃項(xiàng)目《摩托車排氣凈化器關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化》 ，從整體上，已取得較大的突破，它將為正在制定的歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)提供可靠的技術(shù)手段和產(chǎn)品。
2.1 新型摩托車排氣凈化催化劑研究進(jìn)展
金屬載體上載工藝有新的突破：這是摩托車催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的核心，也是制備金屬載體催化劑的關(guān)鍵工藝。桂林利凱特公司在原有工藝基礎(chǔ)上改進(jìn)了涂層前金屬表面處理技術(shù)及 -Al2O3漿料制備方法，簡化了整個(gè)制備流程。試驗(yàn)結(jié)果表明新工藝既保證催化劑組份抗熱沖擊和機(jī)械沖擊能力，且具有良好的CO、 HC和NOx三元凈化性能。國內(nèi)某些企業(yè)例如昆貴所催化劑股份公司及一些高等院校也已研發(fā)出實(shí)用的金屬載體涂附方法。
為提高催化劑的凈化性能， 長期以來， 人們在催化劑的配方， 包括各種貴金屬的配比和含量、 其它共存的活性組份 （例如過渡金屬和稀土元素） 與貴金屬的協(xié)同效應(yīng)等方面進(jìn)行了大量工作，特別是近年來對鈰-鋯固溶體等稀土儲氧材料的制備和引入是催化劑研究的熱點(diǎn)課題之一，并已取得一系列可喜的成果， 國內(nèi)外已有多家企業(yè)從事生產(chǎn)鈰-鋯固溶體產(chǎn)品。從新近的研究表明， 在應(yīng)用Ce-Zr固溶體過程中， 不同的共存 （ “摻雜” ） 元素， 不同的制備條件可使Ce-Zr固溶體在催化劑的涂層中處于不同的賦存狀態(tài)。尤其是在一定條件下在催化劑表面形成摻雜有貴金屬及其它微量過渡金屬的Ce-Zr固溶體， 對催化劑的性能有較大的影響。適當(dāng)?shù)闹苽涔に嚰瓤商岣弋a(chǎn)品的性能， 又能降低生產(chǎn)成本。
2.2 摩托車催化轉(zhuǎn)化器活性評價(jià)系統(tǒng)的建立
天津摩托車技術(shù)中心根據(jù)摩托車排放的特點(diǎn)已建成了摩托車催化轉(zhuǎn)化器活性評價(jià)系統(tǒng)，在評價(jià)其凈化效果的同時(shí)， 也具備了起燃溫度特性實(shí)驗(yàn)， 空燃比特性實(shí)驗(yàn)和空速特性實(shí)驗(yàn)等功能。目前已建立了催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部熱沖擊評價(jià)系統(tǒng)，可準(zhǔn)確地評價(jià)催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部熱沖擊現(xiàn)象、 溫度變化速率， 熱沖擊空燃化特性變化情況，并可在一定程度上判斷催化轉(zhuǎn)化器失活的原因。這對催化劑的改進(jìn)有較好的指導(dǎo)價(jià)值。
2.3 催化轉(zhuǎn)化器匹配設(shè)計(jì)和總成技術(shù)有明顯突破
武漢理工大學(xué)和天津摩托車技術(shù)中心分別研發(fā)了摩托車電控節(jié)油凈化器和摩托車電控燃油噴射系統(tǒng)，在進(jìn)行了各種因素對發(fā)動(dòng)機(jī)排放匹配規(guī)律影響的研究后提出了與催化轉(zhuǎn)化器相匹配的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)表明，應(yīng)用所建立的匹配設(shè)計(jì)方法可有效解決摩托車動(dòng)力性， 經(jīng)濟(jì)性與排放之間的矛盾， 使摩托車整車排放滿足歐II， 甚至滿足歐III排放標(biāo)準(zhǔn)。
3 摩托車催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用市場分析
由于國家公布并強(qiáng)制性實(shí)施有關(guān)摩托車排放法規(guī)，大大地促進(jìn)摩托車催化轉(zhuǎn)化技術(shù)市場的起動(dòng)。 2004年在有關(guān)控制摩托車排放策略的會議上再次明確執(zhí)行嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)的決心，提出凈化效果與工作壽命同時(shí)關(guān)注的必要性。因此，催化轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)企業(yè)在保證產(chǎn)品的凈化性能的同時(shí)必須確保其耐久性（＞1萬km） 。排放的現(xiàn)狀和法規(guī)的要求造就了一個(gè)龐大的環(huán)保市場，極大吸引著這一領(lǐng)域的國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)。
3.1 已進(jìn)入我國市場的主要國外及我國臺灣省的企業(yè)
全球4大催化劑巨頭(美國的德爾福Delphi、 安格 Engelhard、 英國的莊信Jansson Matthey、 德國的德固薩Degussa)以其國際大公司的品牌優(yōu)勢和有效的營銷手段已進(jìn)入國內(nèi)幾家較大的摩托車企業(yè)。日本的三井、意大利開米拉的產(chǎn)品也開始應(yīng)用。我國臺灣省的信通和力揚(yáng)公司也有一定的競爭力。
3.2 國內(nèi)企業(yè)開始顯示其技術(shù)和營銷優(yōu)勢， 逐漸提高市場占有率
以利凱特公司為代表的國內(nèi)企業(yè)在已形成產(chǎn)業(yè)化能力和批量生產(chǎn)出高質(zhì)量技術(shù)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大與廣大客戶的聯(lián)系， 已與至少80%以上的國內(nèi)摩托車企業(yè)保持業(yè)務(wù)聯(lián)系并擴(kuò)大產(chǎn)品的市場占有率，它將以優(yōu)良的性能、 交付及時(shí)、 價(jià)格優(yōu)勢、 完善的質(zhì)保體系和良好的售后服務(wù)等與國外企業(yè)競爭。 2004年我國開始強(qiáng)制性全面實(shí)施摩托車排放標(biāo)準(zhǔn)（即歐I標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)一致性認(rèn)定和歐II標(biāo)準(zhǔn)的形式認(rèn)定） ， 2005年將全面實(shí)施歐II標(biāo)準(zhǔn)， 預(yù)計(jì)2008年北京奧運(yùn)會之前，將實(shí)施尚未頒發(fā)的歐III標(biāo)準(zhǔn)。日益加嚴(yán)的排放標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)將要求具有更為先進(jìn)的凈化技術(shù)。未來的凈化技術(shù) （包括催化轉(zhuǎn)化器） 應(yīng)以具有高性能、低成本、 長壽命為目標(biāo)， 這需要有更高技術(shù)水平的新型催化劑和相應(yīng)的先進(jìn)生產(chǎn)工藝，需要有更有效的綜合治理手段（如電噴+催化轉(zhuǎn)化器等， 或燃油添加劑+催化轉(zhuǎn)化技術(shù)） 最佳匹配設(shè)計(jì)方案和簡捷可靠的性能評價(jià)系統(tǒng)和評價(jià)方法，這也正是本公司技術(shù)中心攻關(guān)的主要任務(wù)。但可以肯定2005年摩托車催化轉(zhuǎn)化器的市場需求將有一個(gè)更大的飛躍。
4 摩托車催化轉(zhuǎn)化器的產(chǎn)業(yè)化工程建設(shè)
如上所述，我國已建立了一套有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)的摩托車排氣催化轉(zhuǎn)化技術(shù)體系和相應(yīng)的系列產(chǎn)品。它包括名種規(guī)格的金屬載體的制造、金屬載體催化劑的涂附技術(shù)，摩托車電控節(jié)油凈化器和電控燃油噴射系統(tǒng)的生產(chǎn)，催化轉(zhuǎn)化器的總成匹配設(shè)計(jì)，各種性能的檢測裝置和相應(yīng)試驗(yàn)方法的建立等。這是我國廣大科研人員多年來取得的重大科研成果。而大量的市場需求、成熟的技術(shù)基礎(chǔ)和國家產(chǎn)業(yè)政策的指導(dǎo)均要求這一系列技術(shù)產(chǎn)品快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。桂林利凱特環(huán)保實(shí)業(yè)股份有限公司是目前我國從事研發(fā)和熟練掌握金屬載體的制造和相應(yīng)催化劑涂附技術(shù)和實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)且產(chǎn)品已批量進(jìn)入市場的高新技術(shù)企業(yè)。該公司已分別建成年產(chǎn)100 萬件金屬載體和100萬件金屬載體催化劑的2條生產(chǎn)線。國家發(fā)改委已同意在該公司籌建我國機(jī)動(dòng)車用金屬載體產(chǎn)業(yè)化示范工程基地和機(jī)動(dòng)車催化轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)基地， 年生產(chǎn)能力不低于500萬件。該基地既是生產(chǎn)中心， 又是機(jī)動(dòng)車催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的研發(fā)中心。 設(shè)備的現(xiàn)代化、 生產(chǎn)的自動(dòng)化、 生產(chǎn)管理和質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化是產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)解決的3大課題。目前公司正與國內(nèi)外本領(lǐng)域的企業(yè)和專家建立廣泛的合作網(wǎng)絡(luò)，組成產(chǎn)、 學(xué)、 研攻關(guān)隊(duì)伍， 共同促進(jìn)我國該領(lǐng)域技術(shù)及產(chǎn)品水平的發(fā)展和提高，并將在國內(nèi)外市場顯示其強(qiáng)大的競爭力。
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