（载运工具运用工程专业论文）我国车用柴油机适应排放标准升级的对策研究.pdf

手两要 2 0 0 8 年对我国车用柴油机企业是特殊的一年，国i i i 排放控制标准的实施，标志 着我国车用柴油机进入电控时代，面对逐步升级的车用柴油机排放标准和严重的金融 危机很多车用柴油机企业陷入困境。 本文通过车用柴油机企业所面临的困境以及面对逐步升级的排放标准暴露出来 的问题进行研究。分析国内外车用柴油机排放控制标准，探讨了车用柴油机排放标准 发展趋势。对车用柴油机排放控制技术从机内净化和机外净化两个方面进行分析，研 究车用柴油机应对逐步升级的排放标准可以采用的排放控制方案；在排放控制措施 中，重点研究车用柴油机的核心技术燃油喷射技术，列举了几种先进的车用柴油机燃 油喷射系统，并对我国车用柴油机燃油喷射系统研发与应用现状进行调研：最后立足 我国车用柴油机的发展现状，调研我国车用柴油机企业的满足国i i i 排放的产品，研究 我国车用柴油机企业应对标准升级选择的技术路线，研究欧美先进国家对欧排放控 制方案的选择，根据我国国情提出应对国排放控制标准技术方案的建议。 通过研究发现我国车用柴油机企业适应车用柴油机排放标准的升级，如今亟待解 决的问题：缺少先进的电控燃油喷射系统、我国车用柴油标准严重制约了车用柴油机 排放控制水平的发展、严重金融危机使很多车用柴油机企业陷入困境。 针对在逐步升级的排放标准中暴露出来的问题提出如下建议：解决车用柴油机排 放控制问题，首先应从车用柴油标准入手，急需出台相关强制燃油标准；柴油机企业 应加强对车用柴油机电控燃油喷射系统的研发力度以适应逐步升级的排放标准；面对 严重的金融危机、滞后的燃油标准和核心技术的缺失，过快的升级排放控制标准对我 国车用柴油机企业的良性发展不利，建议延迟实施国排放标准。 关键词：车用柴油机、排放标准、排放控制、技术路线、技术对策 a b s 仃a c t 2 0 0 8i sas p e c i a ly e a rf o rc 1 1 i ma u 协m o t i v ed i e s e le n g i i l ee m 唧r i s e t h ee x e c u t i o n o fm ec l l i n e s ee l i l i s s i o nc o n t i 0 ls t 锄d a r d s l r e ei n d i c a t e dm a tc h i n a sa u t o m o t i v ed i e s e l 吼西n ew 吼ti l l t ot 1 1 ee r ao fe l e c 饥) i l i cc o n t r 0 1 h lt h ef a c eo f 鼯c a l a t i n gd i e s e lv 出c l e 锄i s s i o ns t a n d a r d sa n df h l a n c i a l 嘶s i s ，al o to fa u t o m o t i v ed i e s e le n 百n ee n t e 印r i s e sa r e 9 0 i n gi n t oad i m c u l ts i t i l a t i o n 1 1 1 ep a p e ra i l a l y s e s 廿1 ed i 伍c u n i e sf a c e db y 觚t o m o t i v ed i e s e lc n 西n ee n t e 印r i s e s 鹪 w e u 勰t 1 1 ep r o b l e mt h a tg o e sw i t he s c a l a t i n ge m i s s i o ns t a i l d a 】d s n 孤a l y s e s 孤t o m o t i v e d i e s e le i l g i n ec i n i s s i o nc o n t r o ls t a l l d a r d si l la n do u to fo u f c 0 u n 仃ya n de m i s s i o ns t 趾d a r d s 懈l d s t h ep 印e rs t u d i e sm es c h e l l l e sm a tc a nb eu s e di n l ee s c a l a t i n gd i e s e ie n 舀n e e m i s s i o ns t 锄触丘0 mi n m a c l l i n e s 柚do u t - m a c l l i n e sp u r i 丘c a t i o ni i la u t o m o t i v ed i e s e l e i i l i s s i o nc o n l 工o l t e c h n o l o g y i l lm ee m i s s i o nc o n t r o lm e 嬲u r c s ，i tf 0 c u s e so nc o r e t e c h n o l o g yi n 硼t 0 】【1 1 0 t i v ed i e s e le n 百n e 向e lt h a ti si i l j e c t i o nt e c h n o l o g y 1 p 印e rc “e s v e r a la d v 觚c e d 叭t o m o t i v ed i e s e l 饥g i l l ef h e l i 巧e c t i o ns ) ，s t e ma n di ts n 皿e so nc 眦e n t s i t u a t i o no ft l l ec 1 1 i n aa u t o m o t i v ed i e s e le n 百n em e li 匈e c t i o ns y s t 锄觚da p p l i c a t i o n a t l 嬲t ，廿l ep 印e rd o e sr e s e a r c ho nm ep r o d l l c t st h a tm e e tc 1 1 i n e s e 锄i s s i o nc o n t r o ls t 觚d a 帕s t 1 1 】汜eb a s e d0 nm es i t u a t i o no fo l l rc o 咖sa u t o m o t i v ed i e s e l sd e v e l o p m 饥t i ts t u d i e s0 n c t l i n a t sa u t o m o t i v ed i e s e ls t 卸d a r d 即t e r p r i s 铝c o p i n gs 仃a t e g i e sf k i n gw i t ht 1 1 eu p 伊a d i n g o ft h ee m i s s i o ns t a n d a r d c o n 舫n t e dw i t hm ee u r o p e a i le m i s s i o ns t a n d a r df 0 嵋i t 觚a l y s e s t h ec h o i c e st h a to t l l e rc o m 嘶e sd oa n d 百v e so u tm es u g g e s t i o nt h a to l l rc o 咖s h o u l dd 0 a c c o r d i n gt 0c 1 l i n a sn a t i o n a lc 0 n d i t i o n s i td i s c o v e r sm ep r o b l e m st l l a to l l rc o u n t r i e s a u t o m d t i v ed i e s e le n 百n ec o m p 枷e sh a v et 0s o l v e t h a ti st l l e ya r es h o no fa d _ v 赳l c e d e l e c 仃o m c a l l yc o m r o l l e dm e li 巧e c t i o ns y s t e m ，s t 卸d 矾sf o rd i e s e lf h e l si no u rc o u n t r y r e s t r i c t i n gs e r i o u s l ym ed e v e l o p m e n to fa u t o m o t i v ed i e s e le n g i i l ee m i s s i o nc o n l ：r o ll e v e l 锄dm es e r i o u sf i n a r l c i a lc d s i sm a k em a i l ya u t o m o t i v ed i e s e le n 百n eb u s i n e s sg o i n gi n t o 缸o u b l e t h ep 印e r 叭g g e s t st h a to u rc o u n 时s h o u l dc a r 巧o mr e l a t e d 内r c e dm e ls t 觚d a r d s f i r s t l yo nh o w t 0s o l v ea u t o m o t i v ed i e s e le m i s s i o nc o n 臼o l l i n g t h e nt h ea u t o m o t i v ed i e s e l e n t e 印r i s e ss h o u l ds t r e n g t h e nd i e s e le n 舀n ee l e c t r o n i cm e l i 坷e c t i o ns y s t 锄r e s e a r c he f f o r t s t 0m e e tm e 锄i s s i o ns t a i l d a r d s e s c a l a t i o n a t l a s t ，f 如e dw i t hm es e r i o u s 痂：l a i 】l c i a lc r i s i s ， t l l e 舭ls t a l l d a r d s l a ga n dt h es h o i r t a g eo fc o r et e c h n o l o g y i ti sh 锄m lf o rc h i n a s a u t o m o t i v ed i e s e le n 百n ee n t e 印r i s e sw h e ne s c a l a t i n go ft h ee i i l i s s i o nc o n t r o ls t a i l d a r d s r a p i d l y a n di tp r o p o s e st od e l a yt h ei m p l e m e n t a t i o no fc l l i n e s ee m i s s i o ns t a n d a r d s i i i k e y w o r d s ：a u t o m o t i v e d i e s e l e n 舀n e ；a n i s s i o ns t a n d a r d ；e m i s s i o nc o n t i d l ； t e c l l i l o l o g yr o u t e ；t e c l l l l i c a lm e a s u r e 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包 含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 2 矽( 年r 月上2 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属 学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利 等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论 文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者虢橛 导师签名：肉许 ，2 汐叼年5 月上阳 鲫夕年岁月夥日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 法国出生的德裔工程师狄塞尔，在1 8 9 7 年研制成功可供实用的四冲程柴油机。由 于它明显地提高了热效率而引起人们的重视。起初，柴油机使用空气喷射燃料，附属装 置庞大笨重，只用于固定作业。二十世纪初，开始用于船舶，1 9 0 5 年制成第一台船用二 冲程柴油机。 1 9 2 2 年，德国的博世发明机械喷射装置，逐渐替代了空气喷射。二十世纪2 0 年代 后期出现了高速柴油机，并开始用于汽车。到了5 0 年代，一些结构性能更加完善的新 型系列化、通用化的柴油机发展起来，从此柴油机进入了专业化大量生产阶段。特别是 在采用了废气涡轮增压技术以后，柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。柴油机 在车用发动机领域有着越来越广阔的应用前景，以我国为例，预计到2 0 1 0 年，车用多 缸柴油机的需求量将达到2 4 0 万2 5 0 万台，工程机械领域则将达到3 0 万台。 1 1 1 柴油机的应用 伴随着柴油机技术的进步，其应用范围也在不断扩展之中，涉及到社会生活和工业 生产的各个领域，柴油机工业的发展对国民经济和国防建设都具有十分重要的意义。 目前，世界上很多国家和地区在汽车及其相关行业当中，都广泛使用柴油机为动力。 美国、欧盟以及日本等在汽车上采用柴油机作为动力的百分比【1 1 见表1 1 ，欧美发达国家 的重型车都是柴油车，商用车中柴油车也占据绝大部分，欧盟的柴油轿车的占有率最高 为3 3 。据专家预测，在今后2 0 年甚至更长的时间内柴油机将成为世界车用动力的主 流。 表1 1 美、欧、日汽车上使用柴油机作为动力的百分比 一 重型汽车商用车 轿车 国家和地区 美国 l o o 9 0 欧盟1 0 0 9 0 3 3 日本1 0 0 3 8 9 2 世界汽车工业发达国家的政府对柴油机发展也给予了高度重视，从税收、燃料供应 等方面采取措施促进柴油机的普及与发展。我国柴油机产业自2 0 世纪8 0 年代以来也有 了长足发展，随着一批先进机型和技术的引进，我国柴油机总体技术水平也得到了很大 提高。 第一章绪论 从近1 0 年的趋势上比较车用柴油机市场，我国车用柴油机产销量基本处于上升阶 段，2 0 0 8 年车用柴油机产量突破2 3 0 万辆。如图1 1 所示我国近1 0 年来柴油机产销量 情况。 0 2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年2 0 0 3 年2 0 0 4 年2 0 0 5 年2 0 0 6 年2 0 0 7 年2 0 0 8 年 图1 1 我国近1 0 年来柴油机产销量情况图弘j 我国的车用柴油机产销量逐年上升，主要有以下几种原因： 1 ) 自进入2 1 世纪以来，我国宏观经济持续快速发展，固定资产投资稳定增长，高 速公路通车里程不断增长，公路等级不断提高，这些都为重型卡车保有量增长创造了良 好的外部环境； 2 ) 全国性治理超限、超载力度的不断加强和计重收费政策的实施和推广，改变了 用户的收益结构，促使用户需求特征发生变化，从而使得多轴、大吨位、大马力、自重 轻的牵引车、货车需求大幅增长； 3 ) 随着新的国家机动车报废标准的实施，促进了载货汽车的更新换代。 这些因素均刺激中国载货车市场，特别是重卡市场持续、快速增长，在商用车中的 市场份额迅速增加，从而使得柴油机的采用率逐年提高。 2 0 0 8 年我国车用柴油机重、中、轻型车用柴油机销量比例如图1 2 所示。2 0 0 8 年度， 我国柴油机市场延续多年的向着重轻两头发展的趋势没有改变，共销售重型柴油机 5 8 2 8 1 9 台，其中配装重型货车1 0 6 7 4 6 台，配装重货非完整车辆2 3 9 5 4 7 台，配装大型客 车3 6 7 3 1 台，配装半挂牵引车1 9 4 0 6 2 台，占车用柴油机总销售量的2 7 3 7 。中型柴油 机共销售2 7 0 8 5 8 台，其中配装中型货车1 2 3 5 2 3 台，配装中货非完整车辆7 6 6 4 3 台，配 装中型客车3 7 9 8 5 台，配装中客非完整车辆3 2 7 0 7 台。占车用柴油机销售总量的1 2 7 2 。 2 长安大学硕士学位论文 轻型柴油机共销售1 2 7 6 1 4 0 台，其中配装轻型货车9 4 1 3 8 2 台，配装微型货车9 7 7 7 l 台， 配装轻货非完整车辆9 5 2 4 2 台，配装微货非完整车辆1 4 7 5 7 台，配装轻客8 2 2 0 1 台，配 装轻客非完整车辆4 4 7 8 7 台，占车用柴油机销售总量的5 9 9 1 。 图1 22 8 年重、中、轻型柴油机销售量比例图【2 】 我国生产的车用柴油机有9 8 0 4 应用于商用车，应用于乘用车的仅占1 9 6 ，根据 统计分析，在2 0 0 8 年里，商用车燃料的柴油化稳居统治地位，其中按产量统计，柴油 化率约在7 8 以上，而按销量统计，柴油化率则超过了8 0 。与世界柴油车的发展趋势 吻合【2 j 。 由于燃油价格在2 0 0 8 年上半年有很大涨幅，各种车型的油改气比重有所提高，但 是重型卡车、半挂牵引车和长途客车中，气体燃料比重一直不大，这是因为气体燃料用 在商用车存在以下缺点： 1 ) 加气不便，天然气卡车每次加满储气罐只能行驶1 5 0 2 5 0 公里，对加气站的密 度要求高，而目前情况是，加气站只有在城市周边才有所分布，不能满足长途运输的需 要。 2 ) 天然气动力性差，目前销售的载货车车型所装配的天然气发动机的最大功率一般 大都在2 0 0 k w 以下，近期只有中国重汽推出超过2 4 0 k w 的天然气发动机。 3 ) 行驶速度慢，天然气卡车、客车时速均在8 蚴以下，而这一车型的发展趋势 是高速化。 4 ) 商用车特别是载货汽车的道路条件较差，车载天然气罐供气系统的安全性仍然有 待提高。 第一章绪论 2 0 0 8 年我国销售的车用柴油机缸数统计如图1 3 所示，3 缸机占有份额极少，约占 1 0 2 。6 缸机占6 9 0 9 。可见整体上来讲，柴油机整体上还是偏中载货商用车类型， 体积小、重量轻、经济环保的微型小型乘用车柴油机，目前所占的份额较少，也与我国 柴油机的发展形势相似。 7 0 0 0 6 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 l o 0 0 o 0 0 窿缝絮氅 0 、 茹搛曩哮秘 峨_，一 3 z 甥缨缨嬲黝臻缈 口 、t，一- 、。 。 翻磁缀骏驻缓磁铉旋癞缓镦虢缀施漱糍褫糍嘲继幽 3 缸机4 缸机6 缸机 图1 32 0 0 8 年我国销售车用柴油机缸数统计【3 】 1 1 2 机动车带来的环境问题 随着机动车的普及，也对我国的环境产生了巨大的负面影响，造成不容忽视的空气 污染问题。 据国家统计局统计公报资料显示，在2 0 0 5 年监测的我国5 2 3 个城市中，3 4 4 个城市 空气质量达到二级以上( 含二级) 标准，1 3 3 个城市为三级，4 6 个城市为劣三级，分别 占监测城市数的6 5 8 、2 5 4 和8 8 。而城市大气污染的一个重要来源就是机动车发动 机的尾气排放。汽车排放废气占大气污染总量的比例：美国约为2 2 5 5 ，在日本约 为3 6 ，在我国上海中心城区，汽车排出的c o 、h c 和n o x 分别占大气污染总量的8 6 、 9 0 和5 6 。 我国一些城市排放的n o x 的分担率见表1 2 ，从中我们可以看出，机动车已经成为 了我国空气污染的主要原因之一，其中重型汽车的排放在机动车造成的污染中又占了很 大的比例。 4 长安大学硕士学位论文 表1 22 0 0 6 我国一些城市排放n o x 分担率1 4 l 城市机动车排放n o x 贡献率重型车n 0 x 排放比例 天津市5 5 7 4 0 3 深圳市 8 4 5 0 7 0 6 6 两安市 6 9 4 0 9 2 0 6 乌鲁木齐市 4 8 5 0 7 6 0 6 成都市， 5 7 0 0 3 8 5 5 随着人们环境保护意识的不断增强，以及汽车保有量的迅速增加，汽车废气占大气 污染总量的比例在逐渐增大，所以开发低排放的发动机对控制环境污染有着重要的意 义。 机动车环境污染问题也为柴油机的发展提供了契机，因为柴油机与汽油机相比具有 以下优点： 1 ) 压缩比大，动力性强，燃油消耗率低，在相同功率下，柴油机比汽油机可节约 燃料2 5 3 0 ； 2 ) c o 、c 0 2 、，h c 等排放量较汽油机低得多，尤其是在等温室气体的排放上比汽油 机低4 5 左右。 虽然柴油机也存在碳烟排放量大、工作粗暴、噪声大等缺点，但是随着柴油机排放 控制技术水平的提升，各国都在推广使用柴油发动机。 1 2 论文研究背景 1 2 1 金融危机冲击我国车用柴油机市场 我国最近l o 多年出口对g d p 增长的拉动见表1 3 ，2 0 0 5 年、2 0 0 6 年、2 0 0 7 年，我 国净出口对g d p 贡献率分别为2 5 、2 2 、和2 6 。 图1 3 我国g d p 增长率三大部分的贡献率f s l 年份 g d p 增速( )内需拉动( )投资拉动( )净出口拉动( ) 1 9 9 03 8 1 8 0 1 1 9 1 9 9 19 262 2l 1 9 9 21 4 2l o 34 91 1 9 9 3 1 4 8 3 1 1 5 3 1 9 9 41 3 145 73 4 1 9 9 51 0 9 4 96 o 1 9 9 61 063 40 6 1 9 9 79 3 3 4 1 74 2 1 9 9 87 84 42 11 3 1 9 9 97 65 71 80 1 2 0 0 08 45 51 9l 2 0 0 1 8 34 14 2o 第一章绪论 2 0 0 29 144 。4o 7 2 0 0 31 03 56 4o 1 2 0 0 41 0 13 9 5 60 6 2 0 0 5l o 443 92 5 2 0 0 61 1 64 54 92 2 2 0 0 71 1 94 74 6 2 6 蹦f 对世界经济预测数据见表1 4 ，可以看出2 0 0 8 年伴随全球金融危机而来的是世 界经济趋冷，绝大多数发达国家的经济都趋于衰退。2 0 0 9 年的经济形势普遍不被看好， 新型经济发展国家的经济增长率下降明显，经济预期普遍被调低1 2 ，伴随着2 0 0 8 年国际金融危机到来的是我国外贸出口的连续下降，甚至出现负增长。金融危机的爆发 使我国连续多年的g d p 高速增长速度放缓。我国2 0 0 8 年四个季度的g d p 增长速度迅 速下滑从一季度的1 0 6 下滑到四季度的6 8 ，出口贸易的下降，冲击着我国的实体经 济。其中对我国2 0 0 9 年的经济增长率预期降为8 5 。 表1 4i 肝大幅调低对世界经济的预测( ) 嘲 2 0 0 6 年2 0 0 7 年2 0 0 8 年2 0 0 9 年 先进国家合计 3 0 2 。6l - 4加3 美国 2 82 o 1 47 日本 2 42 10 5旬2 欧盟经济圈合计 2 82 61 2- o 5 德国 3 o 2 51 7加8 法国 2 22 2o 80 5 英国 2 83 oo 81 3 新兴发展中国合计 7 98 06 65 1 中国 1 1 61 1 99 78 5 印度 9 89 37 8 6 3 俄罗斯 7 48 16 83 5 全世界 5 15 0 3 72 2 注：m i f 世界货币基金组织 经济增长率的下降，对于我国车用柴油机行业造成了不小的冲击，虽然2 0 0 8 年的 上半年由于种种因素，我国的车用柴油机行业的市场表现良好，并且车用柴油机企业对 国i i i 标准实施后的市场冬天有所预期。但是由于金融危机的冲击，造成我国很多外向型 企业效益下降，甚至破产，导致运输市场的需求下降，商用车市场下滑。作为与商用车 市场息息相关的车用柴油机行业也陷入困境。 6 长安大学硕士学位论文 1 2 2 我国车用柴油机排放标准逐步与先进国家排放标准趋向同步 我国1 9 9 0 年出台机动车排放标准，从2 0 0 0 年起参照欧洲排放标准制定了我国机动 车排放标准，并计划逐步与国际机动车排放标准同步。 欧盟汽车排放标准平均每5 年递升一级。我国实施国i 、国排放标准的时间差2 年，综合考虑我国从国i 到国排放放控制标准的实施速度，大致为每3 年递升一次， 我国与欧盟在汽车标准实施年份的差距见表1 5 ，预计到2 0 1 9 年我国汽车排放标准国 就能与欧盟汽车排放标准欧同步。但是由于我国汽车排放控制标准出台时间晚，从标 准的升级速度上来说我国的汽车排放标准升级速度远大于欧洲。虽然排放标准的升级推 动了产品更新换代的速度，提高了柴油机的技术水平，但是也会引起企业的研发成本和 生产成本上升。 表1 5 我国与欧盟实施汽车排放标准年份差距 中国 欧盟 相差年 排放标准实施日期排放标准实施日期 国i 前 1 9 9 0 欧i 前 1 9 7 31 7 国i 2 0 0 0 欧i 1 9 9 28 国i i 2 0 0 4 欧i i 1 9 9 66 国i 2 0 0 8 欧2 0 0 0 8 国 2 0 1 0欧2 0 0 55 1 3 本论文的研究内容和研究目的 在我国汽车排放标准逐步与世界汽车排放标准同步的过程中，车用柴油机在满足我 国的排放控制法规时，出现了一系列的问题。在2 0 0 8 年我国推出国i i i 排放控制法规时， 虽然大多数车用柴油机企业对2 0 0 8 年国i i i 标准实施后的情况有所预期，但是面对之后 爆发的金融危机，却使很多企业陷入困境。并且随着我国车用柴油机排放标准的升级， 我国车用柴油机生产企业暴露出了很多问题，尤其是在自主研发能力的缺失，国外零部 件巨头垄断核心部件市场等问题。 本文的主要内容是对我国车用柴油机企业面对日渐严格的排放法规的对策进行研 究，主要工作集中在以下几方面： 1 ) 对比国内外排放标准，研究车用柴油机排放控制标准的变化趋势： 2 ) 研究车用柴油机排放控制措施，分析车用柴油机排放控制措施特点； 3 ) 对车用柴油机电控喷射系统进行研究，分析我国车用柴油机电控燃油喷射系统 的研发现状； 4 ) 分析我国的车用柴油标准，研究车用柴油含硫量对排放控制措施的影响； 7 第一章绪论 5 ) 调研我国车用柴油机市场现状，分析车用柴油机技术水平，对比国内外车用柴 油机企业为满足排放标准所采用的技术路线，立足我国车用柴油机发展现状提出车用柴 油机满足我国新排放标准的技术路线。 本文的研究目的：分析我国的车用柴油机行业面临的问题和挑战，提出应对逐步升 级的汽车排放标准车用柴油机排放标准的技术路线，并对车用柴油机企业面临的问题提 出建议。 长安大学硕士学位论文 第二章国内外柴油机排放标准对比分析 2 1 柴油机主要排放污染物及其危害 柴油机的有害排放物主要有氮氧化物( n o x ) 、一氧化碳( c o ) 、碳氢化合物( h c ) 以及微粒( p m ) 等。与汽油机相比，柴油机的h c 排放和c o 排放相对较低，n o x 的排放 和汽油机在同一数量级上，而p m 要高出3 0 l o o 倍，表2 1 是柴油机与汽油机排放污 染物比较。所以控制柴油机排放的关键是控制n o x 和p m 的排放，但是由于n o x 和p m 的生成机理，往往出现控制了p m 的生成，但是n o x 的排放增加，控制n o x 的生成， p m 排放水平升高的问题。 表2 1 柴油机与汽油机排放污染物比较1 7 l 成分柴油机汽油机 c o ( )0 0 5 0 5 0o 1 6 h c ( 1 0 r 6 ) 2 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 n o x ( 1 0 r 6 )7 0 0 2 0 0 02 0 0 0 4 0 0 0 p m ( 鲈n 3 ) o 1 5 0 3 00 0 0 2 0 0 0 5 n o x 是柴油机排气中主要成分之一，被人体吸入时，能与肺部的水分结合生成可溶 性硝酸，有刺激性作用，严重时会引起肺气肿。在强烈阳光下会发生化学反应，形成光 化学烟雾，造成二次污染。 p m 主要成分是碳，柴油机排放物中的微粒直径大多小于0 3 n u n ，可以被吸入肺叶， 并在肺里滑动，造成肺组织的摩擦损伤。另外，微粒碳核上吸附有s 0 2 及其他碳氢化合 物，如致癌的多环芳香烃等其它有毒物质被吸入人体，也会对人体造成危害。 2 2 制定排放控制标准及控制汽车排放的必要性 由于大气污染和全球气候变暖等环境问题的日益加剧，减少汽车排放污染成为世界 各国环境保护政策所关注的焦点。从上世纪六十年代起，汽车对各国城市的大气环境的 污染问题非常为各国政府所重视，成为影响可持续发展战略的一个重要方面。 汽车是一个流动的污染源，因为汽车采用内燃机作为动力，而燃料在内燃机中不可 能完全燃烧，未燃烧的燃料或燃烧不完全的生成物，如：c o 和h c ，还有一部分燃烧过 程中生成的物质，如n o x 、c 0 2 、s 0 2 、碳烟和硫化物等，都将排向大气，成为污染环 境的物质。机动车所排放的颗粒物都是非常细微的粒子，并且机动车尾气排放高度接近 人的呼吸带高度，对人体健康的影响最为严重。 短时间接触机动车的排放物，可以引起身体不适症状；长时间接触引起的慢性非致 9 第二章国内外车用柴油机排放标准对比分析 癌性呼吸系统疾病，严重者有诱发癌肿的可能。尤其是那些技术较为落后的机动车，污 染物排放严重，影响更为明显。美国对机动车所排放的细微颗粒的风险评估研究表明， 环境中微粒每增加1 0u m 3 ，由此所引发的癌症可能增加死亡率1 【引。 在我国，如北京、深圳、广州、上海等发达城市，其空气质量超标的主要污染物为 可吸入颗粒物p m 和n o x ，同时光化学烟雾的威胁也越来越严重的影响着这些城市。 在过去的2 0 年中，发达国家制订了一系列越来越严格的排放法规，把汽车工业推 到了承担着在世界范围内改善空气质量的前沿。在此期间，减少和净化汽车排放污染， 提高燃油经济性成为汽车技术进步的主题，大量新技术的研究和应用，也见证了汽车工 业设计和制造更加环保汽车的承诺。 2 3 国外排放法规发展 排放法规是由政府主管部门委托有实力的科研机构经研究提出的方案，并与所涉及 的各方面讨论协商后决定，最后由政府主管部门公布监督实施的。 汽车排放法规的出现是在上世纪6 0 年代，因美国加州洛杉矶发生汽车排气造成的 污染事件后才开始的。当今为了应对当前日益严峻的环境问题，各国为限制汽车排放而 出台的强制性法规也越来越严格，法规更新的速度也越来越快。汽车排放控制法规在全 世界主要可分为三大体系，即美国的e p a ，欧洲的e c e 和日本的j e s 排放法规。 2 3 1 美国车用柴油机排放标准 美国加利福尼亚州的洛杉矶是世界上最早实行汽车排放标准的城市。1 9 6 0 年为制订 汽车排放法规设立了大气资源局，1 9 6 3 年开始执行汽车排放标准。直到现在，加利福尼 亚州政府还在单独地执行比美国联邦政府更为严格的汽车排放标准。 美国联邦政府于1 9 6 3 年制订大气净化法，1 9 6 5 年追加了汽车排放法规，从1 9 6 8 年起开始执行汽车排放标准。1 9 7 0 年，由麦斯基参议员提出了大气净化法修正案，使汽 车排放标准不断强化。1 9 7 0 年1 2 月2 日美国政府成立了环境保护局简称e p a ，这是美 国修订、强化排气标准的权威性机构。从上世纪8 0 年代开始，重型柴油车排放中的微 粒对人体健康的危害性被迸一步认识，美国联邦政府和加利福尼亚州政府对重型柴油车 的排放标准进一步强化。 加州1 9 8 7 2 0 0 3 年重型车用柴油机的排放标准和美国e a p 重型车柴油机排放标准 见表2 2 和表2 - 3 。1 9 9 7 年l o 月，美国e p a 制定了2 0 0 4 年以后的重型车用柴油机的排 放标准，该标准排放将n o x 的排放控制在了2 o k w h 左右，其它指标仍采用1 9 9 8 年 l o 长安大学硕士学位论文 标准。2 0 0 4 年的标准为发动机制造商提供了两种选择：n m h c ( 非甲烷碳氢化合物) + n o x 2 4 9 i ( w h 或n m h c + n o x 2 5g l 【w h 且n m h c o 5g l 【w h 。 表2 2 美国加州重型车用柴油机排放标准( g ，k w h ) 【9 】 执行时间 n m h ch cc on o xp m 重型 车柴油机 1 9 8 71 3 01 5 5 06 0 00 6 0 1 9 9 1 1 2 01 3 01 5 5 05 0 00 2 5 1 9 9 41 2 01 3 01 5 5 05 o oo 1 0 城市公交柴油机 1 9 9 11 2 01 1 3 01 5 5 05 0 0o 1 0 1 9 9 41 2 01 3 01 5 5 05 0 00 0 7 1 9 9 61 2 01 3 01 5 5 04 0 0o 0 5 表2 3 美国环境保护局重型车柴油机1 9 8 7 2 0 0 3 排放控制标准( g ，k w h ) 【9 】 执行时间h c c o n o xp m 重型卡车用发动机 1 9 8 81 31 5 51 0 70 6 1 9 9 01 31 5 56o 6 1 9 9 11 31 5 550 2 5 1 9 9 41 31 5 55o 1 1 9 9 81 31 5 54o 1 城市公交车用发动机 1 9 9 11 31 5 55o 2 5 1 9 9 31 31 5 55o 1 1 9 9 41 31 5 55o 0 7 1 9 9 61 31 5 550 0 5 宰 1 9 9 81 31 5 540 0 5 奉在用车标准p t 为0 0 7 2 0 0 0 年1 2 月2 1 日，美国e p a 又公布了2 0 0 7 年以后的重型车用柴油机的排放标准 e p a 2 0 0 7 ，该标准分为汽油机、柴油机排放控制标准两部分，在废气排放方面规定了更 为的限值。 2 3 2 日本车用柴油机排放标准 从上世纪6 0 年代起，日本无论是汽车的生产量还是使用量都有了飞速的增加。同 时，日本又是一个向美国大量出口汽车的国家，制订严格的汽车排放标准不仅仅是为改 善本国环境的需要，也是汽车工业参与国际竞争的必然结果。 日本于1 9 6 6 年开始控制汽车排放污染，对新车进行4 工况检测，规定c o 排放小 于3 ，1 9 6 9 年加严到2 ；1 9 7 1 年规定小型车c o 小于1 5 ，轻型车c o 小于3 ； 1 9 7 3 年采用l o 工况法，增加h c 和n o x 作为排放控制指标；1 9 8 6 年对柴油轿车排放 进行控制，对在用车实施定期车检法规；1 9 9 1 年起新车采用1 0 1 5 工况法试验，排放限 第二章国内外车用柴油机排放标准对比分析 值不变；1 9 9 3 年开始对所有柴油车排放进行控制。日本控制汽车排放开始基本上是仿效 美国法规推进，前期限值比较松，但在排放控制的第二阶段后来居上，例如对n o x 排 放控制的严格程度己超过美国。 日本1 9 9 4 2 0 0 4 车用柴油机不同类型排放标准见表2 4 ，日本针对不同车型的柴油 机提出了不同的排放限值和检测方法。 表2 4日本车用柴油机排放标准【1 0 】 试验循 c oh cn o xp m 总重量执行日期单位 最环最平最 平 最大平均平均 大均大均大 1 9 8 82 72 10 6 2o 4 01 2 60 9 0 1 9 9 3 l 俨一1 5 2 72 10 6 2o 4 0o 8 4o 6 00 3 4o 2 0 小于1 7 0 0 k g 工况 舯 1 9 9 72 72 1o 6 20 4 00 5 5o 4 00 1 4 o 0 8 2 0 0 2 o 6 30 1 2o 2 8o 0 5 2 5 0 0 ( d i ) 、3 8 0 ( d i ) 1 9 8 8 6 工况 p p m 9 8 07 9 06 7 05 l o 3 5 0 ( d d2 6 9 ( d i ) 1 9 9 32 72 1o 6 2o 4 01 8 21 3 0o 4 3o 2 5 1 7 0 0 2 5 0 0 k g l 伊一1 5 1 9 9 7 9 8 工况 咖 2 72 1o 6 2o 4 0o 9 7o 7 0o 1 8o 0 9 2 0 0 3o 6 30 1 2o 4 9o 0 6 7 8 0 ( d i )6 0 0 ( d 1 ) 1 9 9 49 2 0 7 4 03 8 02 9 0o 9 6o 7 0 6 8 0 ( d i )5 o o ( d i ) 大于2 5 0 0 k g 1 3 工况 g ，k w h 1 9 9 7 9 99 2 0 7 4 0 3 8 02 9 05 8 04 5 0 o 4 9o 2 5 2 0 0 3 2 0 0 42 2 20 8 73 3 8o 1 8 2 3 3 欧洲的车用柴油机排放标准 欧洲是由许多独立的主权国家组成，但由于地理上的关系，欧洲各国的政治、经济 关系非常密切。因此，欧洲各国在对汽车产品的管理上采取了统一的制度，包括欧洲经 济委员会( e c e ) 型式批准制度和欧洲经济共同体( e e c ) ，即现在的欧洲联盟( h j ) 型式批准 制度。 1 9 7 0 年欧共体( e e c ) 首次制订了限制卡车排放的法规，该法规的应用范围现已逐步 扩大到所有汽车。1 9 8 9 年制订了适用发动机排量在1 4 l 以下的法规，1 9 8 9 年起对柴油 轿车的微粒作了限制。1 9 9 0 年末，欧共体各国的环境部长达成了一个实施更严格的排放 标准，即我们常说的欧i ，随后，又陆续出台了一系列更加严格的排放标准。 1 2 长安大学硕士学位论文 从欧i 到欧欧洲重型车辆的排放限值和检测方法见表2 5 ，随着排放标准的加严， 排放的检测方法也逐渐变化从欧洲稳态循环逐渐发展到欧洲瞬态循环，采用瞬态工况可 以有效的反映汽车在实际使用中的排放情况，对汽车排放控制的技术水平提出了更高的 要求。 表2 5 欧洲重型车用柴油机排放限值【1 l j 排放限值 排放标准测试循环实施年份 c oh cn m h cc h 4 n o ) ( p m k 欧i e c e r0 3 6 4 9 1 9 9 24 54 18 o 0 6 l e c e ro 5 l 欧 4 9 1 9 9 64 o1 17 o 0 2 5 e s c2 0 0 02 io 6 65 o 0 1 0 欧i o 1 3 e t c2 0 0 5 5 4 50 7 81 65 oo 1 60 8 欧 2 0 0 5i 5o 4 6o 3 5o 2 1o 5 注：动态消光烟度单位为聊一。适用于8 5 k w 的柴油机。适用于单缸工作容积 0 7 l ，标定转速 3 0 0 0 r m i n 。 e c e ：欧洲经济委员会 e s c ：欧洲稳态循环 e t c ：欧洲瞬态循环 2 4 我国的排放法规 2 4 1 我国排放法规发展历程 我国在1 9 7 9 年9 月1 3 日，全国五届人大常委会批准颁布了第一部环境保护法律一 中华人民共和国环境保护法( 试行) ，为制定汽车排放标准提供了法律依据；而后 又颁布了g b 3 0 9 5 1 9 8 2 大气环境质量标准；特别是2 0 0 0 年4 月2 9 日通过了新的中 华人民共和国大气污染防治法，它的颁布实施是我国加大大气污染防治力度的集中体 现。 1 9 8 3 年我国颁布了第一批机动车尾气污染控制排放标准，对汽油车的怠速排放和柴 油车的自由加速烟度和全负荷烟度( 滤纸法) 提出了基本限值和相应的试验方法。1 9 8 9 年 至1 9 9 3 年，我国相继颁布了g b l l 6 4 1 1 9 8 9 轻型汽车排气污染物排放标准、g b 1 4 7 6 1 2 1 9 9 3 车用汽油机排气污染物排放标准两个限值标准，并对汽油车怠速污染 物排放标准和测量方法、柴油车自由加速烟度排放标准和测量方法进行了修订。 为进一步强化对汽车排放污染物的限制，国家质量技术监督局和国家环境保护总局 在1 9 9 9 年3 月后相继制定并颁布了( g b l 4 7 6 1 1 9 9 9 ) 汽车排放污染物限值及测量方法 1 3 第二章国内外车用柴油机排放标准对比分析 等一系列新的汽车排放污染物标准，同时停止了含铅汽油的生产和使用，并不再生产化 油器汽车。 1 9 9 9 年3 月出台的国家质量技术监督局与国家环境保护总局各自颁布的排放控制 标准，这两套标准