先进柴油机技术的春天是否来临？

周路菡

更为严格的执法力度，商用车企在技术上进行全面升级，以及配套油品质量的提升，是解决柴油机环保难题的必要条件

环境污染及能源问题为柴油机开发带来了新的挑战。柴油机必须适应越来越严格的排放法规，同时还必须进一步改善燃油耗水平以减少温室效应。柴油机技术并不是落后的代名词，先进柴油机技术也是中国亟需的技术，发展先进柴油机也是发展汽车、工程机械和农业装备行业的大势所趋。

在当前环保政策和产品技术不断升级的背景下，中国有望在未来具备自主研发更高技术要求柴油机的能力。但是还需要更为严格的执法力度，商用车企在技术上进行全面升级，以及配套油品质量的提升，这才是成为解决柴油机环保难题的必要条件。

中外对柴油车的态度大不相同

很多人对柴油车的认知还停留在对拖拉机和载重汽车的了解层面，即功率大、噪音大，且浓烟滚滚。而且很多人觉得柴油车离自己的生活都是陌生和遥远的，觉得一提到柴油就免不了要跟黑烟、噪音、污染等词关联起来。然而事实是否果真如此呢？

但是对柴油车的态度，中国和欧洲可谓大相径庭。在欧洲，有超过半数的乘用车，使用的是柴油发动机，而在法国、比利时等国，这一占比甚至在70%以上；欧洲的柴油车比例甚至延伸到了许多高档轿车，如奔驰、宝马、奥迪的许多车型都搭载了柴油发动机，甚至菲亚特旗下跑车品牌玛莎拉蒂也推出了柴油版车型。

而反观中国，柴油车市场发展非常缓慢，目前我国使用柴油机的乘用车，竟然还不到1%……如此天壤之别，到底是什么原因造成的呢？

就目前我国现阶段状况而言，柴油发动机燃烧所产生的排放颗粒物确实比汽油机大很多，尤其是氮氧化物排放非常高，已经对空气中PM值造成很大的影响。我国柴油车尾气中NOx的浓度与汽油机相当，颗粒物（PM）是汽油机的几十倍。一份2012年的数据显示，占机动车总量17.4%的柴油车，其氮氧化物排放量为388.7万吨，颗粒物（PM）排放量为59万吨，分别占汽车排放总量的67.4%和99%。

而造成国内柴油机成为环境污染的“罪魁祸首”的原因，其一是中国供应的柴油油品，另一就是柴油机本身的技术水准。

先说油品。目前我国的柴油使用大户，主要是工程、农用机械、重型运输、船舶等特殊行业，它们的燃油消耗高，需求量大，很大程度上限制了乘用车对于柴油的使用，所以国家不会向家用车领域大力推广柴油机，也就很好理解了。据悉，在重卡、工程机械、农用机械、船舶领域，我国大量高排放的柴油机依然在使用，资料显示，我国柴油机排放量高，为美国同类型在用柴油机排放因子的8～10倍。

另外，我国柴油机本身的技术水准不高也是问题的一个方面。虽然根据工业和信息化部2014年第27号公告，2014年1月1日起，在全国强制执行柴油车国IV排放标准，低于国IV排放标准的商用车将不能生产和销售。但是我国应用于柴油机主要污染组分NOx的治理技术还不成熟，很多技术尚未过关，而国内大部分柴油汽车也尚未对柴油车尾气PM排放进行有效的机外净化与处理。

而另一方面，由于两桶油的垄断地位，国内柴油品质确实没有欧洲好，含硫量相对较高。理论上来说，柴油含硫量越低，柴油质量越高。高硫的柴油会侵蚀和损坏发动机系统，增加汽车尾气中微粒物的排放量。虽然柴油国Ⅲ标准在去年推出，有传言最近两年也会推出国Ⅳ标准（国Ⅲ柴油硫的含量为350ppm，国Ⅳ硫含量则为50ppm），不过实际情况是，国内各地的柴油质量都不一样，只有北京和上海执行得较好，在加油站会有国Ⅲ柴油供应。而其他城市都只能“望油兴叹”了。

柴油机不等于“技术落后”

柴油机技术并不是落后的代名词，欧洲大量使用柴油汽车就是代表。理论上，压燃式的柴油机能量转化率比点燃式的汽油机更高，动力更足，扭矩更大。至于冒黑烟，主要原因为尾气处理系统严重老化，而欧洲国家的尾气处理技术则先进得多。

欧洲国家通过长期的实践，在可能的汽车减排技术路线如，混动、纯电动、氢燃料、柴油化中，欧盟选择了自己最为擅长并领先世界的柴油化路线，并以此向世界输出自己的柴油机技术。

比如自20世纪20年代成立以来，德国博世一直是柴油发动机行业的领导者。博世对柴油发动机领域的丰富经验和专业知识在业内一马当先。博世开创性地开发出电子控制直接柴油喷射泵，这是柴油发动机技术的一次巨大飞越，并带动无数创新技术涌入市场，让柴油发动机的效率较标准燃油发动机要高30%。

典型的技术比如共轨柴油喷射系统。共轨柴油喷射系统可将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。在1997年，博世与奔驰公司联合开发了这一系统。欧洲众多品牌的轿车都配有共轨柴油发动机，比如，标致的HDI共轨柴油发动机，菲亚特的JTD发动机，以及德尔福的Multec DCR柴油共轨系统。

还有增压中冷技术。增压中冷技术可使增压温度下降到50℃以下，有助于减少废气的排放和提高燃油经济性。增压可使柴油机在排量不变、重量不变的情况下达到提高输出功率的目的。增压柴油机不仅体积小、重量轻、功率大，而且还降低了单位功率的成本。

还有就是废气再循环（EGR）技术。废气再循环系统是将柴油机产生的废气的一小部分再送回气缸。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，燃烧速度将会放慢，燃烧室中的压力形成过程放慢，从而减少氮氧化合物。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。

目前欧洲已经开始全面使用第三代-电控高压共轨系统，该系统也被誉为发动机行业公认的三大突破之一。高压共轨燃油喷射系统主要由电控单元ECU、高压油泵、共轨管、高压油管、电控喷油器以及各种传感器和执行器组成。喷油压力越大，则喷油能量越高，喷雾越细、混合气形成金额燃烧越明显，从而使柴油机排放性能和动力性、经济性都得以改善。现在电控高压共轨喷射压力普遍在120-200Mpa之间，甚至可达到250Mpa以上。一般高压喷射会使氮氧化物NOx增加，但合理利用高压喷射持续时间短特点，同时推迟喷油时刻或才用废气再循环等方法，可使微粒和NOx同时减低。

正是欧洲使用了技术先进的柴油机，所以欧洲的汽车中柴油汽车的比例非常高，先进的柴油机不仅环保达标，动力响应好外，更明显的优势是燃油经济性非常优秀。与汽油机相比，同样的排量下，柴油机转矩更大，经济性更好。少了复杂的点火系统，发动机更加可靠耐用。

中国需要先进的柴油机技术

鉴于严峻的空气污染，中国越来越多的城市开始向柴油车下“驱逐令”，原因是柴油车污染排放量超标，柴油车也多次被贴上“不环保”的标签。专家测算1辆高排放车辆的污染物排放量，相当于10～12辆普通车辆的排放量，也就是说，10万辆高排放车辆相当于100万辆普通车的排放总额。当然，这10万辆高污染排放车辆主要指的是国Ⅰ、国Ⅱ标准的柴油车。

以渣油、重油或柴油为主要燃料的船舶和非道路机械，其排放对黑碳的份额高达20%。

另外，柴油车和非道路移动机械是我国机动车向大气排放颗粒物的主要来源，约占机动车颗粒物排放的90%。2016年1月，国家颁布《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》，要求自2016年4月1日起，所有制造、进口和销售的非道路移动机械不得装用不符合《非道路标准》第三阶段要求的柴油机（农用机械除外）。自2016年12月1日起，所有制造、进口和销售的农用机械不得装用不符合《非道路标准》第三阶段要求的柴油机。非道路移动机械排放标准从国Ⅱ提高到国Ⅲ，可降低约30%的污染物排放，有效减轻对我市大气的污染。

与汽油车相比，柴油车排放了四倍之多的氮氧化物和二十二倍之多的颗粒污染物。这两种污染物会损害肺部、血管等内脏，并且能导致心脏病、中风和糖尿病等疾病。很多研究都显示，柴油机排放的“黑碳”类污染物是雾霾产生的重要元凶。

正因为如此，专家呼吁实施“清洁柴油机行动计划”，中国也亟需先进的柴油机技术。

目前世界主流清洁型乘用柴油机大都搭载了博世电控高压共轨燃油喷射技术（CRDI），轻松实现了对喷油压力、喷射量、喷油时机的精确控制，燃烧更加充分、过程更加柔和，从根本上提高了燃油的燃烧的质量，减少了碳烟的产生，克服了传统柴油机机工作粗暴产生的噪音和震动，并且通过更高效的燃烧带来更低的燃油消耗。

为了追赶世界先进技术，中国的柴油机生产企业也开始进行新一代电控柴油机产品的研究与开发，有开始了中外合作。比如安徽全柴集团开始与博世合作了十二年，随着国家排放法规的强制实施和不断升级，全柴创新驱动的竞争优势逐渐显现，成为了国内最大的中小功率柴油机发动机独立供应商。截至2015年底，全柴累计投放配装博世燃油系统的国Ⅳ车用柴油机15万多台，产品品质得到整车厂和用户的一致好评。

据悉，全柴国Ⅴ产品投放市场的工作正在顺利推进。目前，全柴已经完成A、B、F等系列国Ⅴ柴油机及A系列汽油机产品的开发，包括N1类、4A2、4H和 A 系列车用国Ⅴ柴油机与 N2类4A2、4B2、4H1和4F1系列车用国Ⅴ柴油机机，其中4H平台国Ⅴ柴油机是全柴全新打造的动力平台，产品采用高压共轨、双顶置凸轮轴、单缸四气门、双轴平衡等先进的柴油机技术，具备升级至国Ⅵ及以上排放标准的能力。

山东重工潍柴集团先后收购了法国博杜安公司、意大利法拉帝公司、德国凯傲集团及林德液压。法国百年发动机企业——博杜安公司，博杜安公司为法国最大的船用发动机及动力系统供应商，一直作为法国军方军用柴油机的主要供应商。一款新机型M26.2正给这个企业带来新活力，博杜安被潍柴收购后，潍柴每年都给予公司资金上的巨大帮助，将其打造成为重要的发动机前沿研发制造基地，填补了潍柴16L发动机的空白。

柴油车在中国推广前景十分光明，目前中国柴油乘用车市场份额为1%，预计未来5年，中国柴油乘用车的市场份额会增加到12%～15%。如果中国柴油油品转好，国家相关部门已经促使柴油质量提高和柴油供应稳定，未来节能减排压力增大，柴油车市场空间巨大。正因为如此，日前在上海汽车宣布的新能源汽车路线图中，上海汽车未来乘用车将选择先进技术的柴油机，目前上汽与昆明云内动力股份有限公司正积极投入先进柴油机的研发，上汽准备将研发的新型柴油机用在新型柴油机版汽车的动力总成中。

同时，中国巨大的市场也吸引了德国博世等先进企业的注意。博世作为著名的零配件供应商，正在持续加大研发力度，致力于帮助中国客户满足不断升级的排放及油耗标准，助力中国整车厂满足国Ⅴ标准并提升国际市场竞争力，并响应《中国制造2025》的发展规划，助力中国制造业实现转型升级。

同时，从今年起，非道路工程机械和农用机械用车也将推行非道路第三阶段标准。中国拥有巨大的农机和工程机械市场，博世针对中国市场研发的经济型解决方案能够助力非道路用车市场提升产品动力并降低排放。

柴油品质同时亟待全面升级

2016年3月，中国工程院院士郝吉明率领的团队完成的《应对气候变化与大气污染治理协同控制政策研究——聚焦短寿命气候污染物和非道路移动源》研究报告认为，短寿命气候污染物减排与非道路源污染物控制关联紧密，但目前的相关政策框架中往往将其忽略。短寿命气候污染物（SLCPs）主要是指黑碳（BC）、甲烷（CH4）、对流层臭氧（O3）和部分氢氟碳化物（HFCs）。研究发现，黑碳是一种重要的短寿命气候污染物，非道路移动源中包含大量的黑碳排放。郝吉明说，减少短寿命气候污染物，特别是甲烷和黑碳的排放，能够在减少空气污染的同时减缓短期气候变暖。

郝吉明说，在控制非道路移动源空气排放方面，中国现有的管理系统还缺乏统一的监控和监管要求，较难确定非道路机械排放的实际水平。在燃料质量管理方面，工程机械所使用的燃料硫含量很高，质量很差，特别是远洋船舶所使用的燃料质量更差。因此，控制短寿命气候污染物和非道路移动源排放的管理系统和技术路线亟待改善。

郝吉明所说的原始燃料，就是柴油，但是中国的柴油中含硫量还是比较高的。

据悉，我国主要将SCR（选择性催化还原）技术作为重型柴油车实现国IV标准的主流技术，然而在这一技术下，对油品的质量也有同样的要求。质量较低的柴油中硫含量一般过高，这对于SCR将造成一定的损害，长期使用会影响尾气处理的能力，甚至导致净化功能的失效。“柴油车的国IV车型升级到国V，需要两层尾气净化装置，大致相当于国III升级国IV的两倍净化，但是如果油品中含硫量过高，就会造成催化剂（即触媒）中毒，令尾气排放净化的效果大打折扣，甚至失效。”一位从事柴油发动机技术研究的人士表示。

资料显示，2013年7月开始供应国III标准的油品。其中，中石化2014年10月1日起提前启动置换国IV、国V汽油，其中上海、江苏沿江八地市及广东6地市开始置换国V汽油，其余省区（市）提前3个月开始全面置换国IV汽油。但是，国IV标准的柴油面向全国供应则是遥遥无期，难以满足新标准下柴油发动机和尾气后处理装置的要求。

据中央电视台报道，国家标准委发布第五阶段车用柴油国家标准，规定每千克柴油硫含量不超过10MG，将于2018年1月1日起强制实施。

另外值得一提的是控制柴油车的尾气排放还得让“柴油车添加尿素”。在SCR（选择性催化还原）技术的使用中，主要是通过尿素喷淋的方式减少尾气中的NOx排放量。所以采用SCR系统的车辆，不仅要加柴油，还需要加车用尿素。但是目前国内尿素基础供应设施还并不健全，很多城市的部分地区经常没有尿素可加，尿素溶液加注设施迟迟不到位或者加注不方便对国IV车辆的使用也造成一定影响。

由此来看，目前中国的柴油车还存在一定的缺陷，虽然我国先进柴油机的技术水平与国际品牌还有一定距离，但是将柴油车所造成的污染全部归于柴油车本身很明显有失公平。我国国Ⅳ柴油的迟迟不肯推出造成油品差、含硫量多，而车用尿素的配套又存在较大的缺陷，这些都是亟需解决的系统问题。所以要等待柴油机技术的春天来临，既需要更为严格的执法力度，还需要商用车企在技术上进行全面升级，以及配套油品质量的提升和，尿素溶液加注设施的建立。