摩托車尾氣凈化技術現狀及發展趨勢
摘要： 控制摩托車排氣的凈化技術是一項以催化轉化為核心的綜合設計和匹配優化工程， 金屬載體上載工藝是摩托車催化轉化技術的核心，也是制備金屬載體催化劑的關鍵工藝。經試驗證明， 新工藝既保證了催化劑組份抗熱沖擊和機械沖擊能力， 也具有良好的 CO、 HC和NOx三元凈化性能。
經過多年的研發及應用實踐，作為世界上最大的摩托車生產大國和使用大國，我國已形成了一套既適合我國國情又體現世界水準的成熟、有效的治理摩托車排氣污染的催化轉化技術體系。以金屬為載體的催化劑涂層和制備工藝的研發成功并實現產業化生產、摩托車催化轉化器匹配總成技術的完善和凈化性能評價裝置規范化和方法的建立等大大促進這一凈化技術體系的發展，為推廣和應用催化轉化器提供良好的技術基礎和技術產品，它將緊密地配合我國當前摩托車的排放現狀和國家公布的強制性實施的排放法規，使我國摩托車產品的排放控制水平逐漸與國際接軌。
1 我國摩托車排放現狀及可能采取的控制手段
據統計， 2003年我國摩托車的產量和銷量均超過 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， 關鍵在于積極尋求和發展有效的治理技術。二沖程摩托車由于其排放污染嚴重等原因，產量在逐年減少， 2003年其產量僅不到總產量的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。 當前， 二沖程摩托車的排放只有一部分達到歐I標準， 幾乎100%未能達到歐II標準， 而對于四沖程摩托車， 通過加強對發動機的維護， 不采取任何措施， 就HC和NOx而言大部分可以滿足歐II標準， 但至少80%的四沖程摩托車應采取治理措施， 主要解決 CO的超標現象。
眾所周知，摩托車排氣中污染物的形成受多種因素的影響。依靠先進的發動機控制技術，改善發動機燃燒過程的各種機內凈化措施（如采用電控燃油噴射技術、 推遲點火提前角、 控制混合空燃比等） ，提高化油器精度，優化排氣系統與發動機性能的匹配等， 在一定程度上可有效地降低排氣中污染物。 經過多年的探索表明，要滿足日益嚴格的排放法規標準， 必須應用包括催化轉化的排氣后處理凈化技術。天津摩托車技術中心綜合近幾年來對各類型摩托車的排放治理經驗提出了二沖程摩托車可采用電子燃油噴射技術（EFI）和催化轉化技術相結合的方法， 使其達到歐II排放標準； 對四沖程摩托車則采用EFI 技術或精調原機化油器和催化轉化技術加二次補氣系統 （SAI） 相結合的方法， 可使其排放滿足歐II 標準。
從當前的技術現狀看，催化轉化技術仍是治理摩托車排放的有效技術手段。使用催化轉化技術必須綜合考慮各種因素對發動機性能及整車性能的影響，對不同的車型應分別進行優化匹配設計。在滿足發動機排放目標的同時，應使催化轉化器符合所要求的耐久性、 抗熱性、 安全性、 燃油經濟性、 整車動力性和整車噪聲等。因此，控制摩托車排氣的凈化技術是一項以催化轉化為核心的綜合設計和匹配優化工程， 目前已有可行的技術方法和手段。
根據已公布并強制性實施的3項摩托車排氣污染物限值的國家標準 （GB 14621—2002、 GB 18176 —2002 和 GB 14622—2002）中規定的實施進度， 2005年將全面實施歐II標準。與此同時， 據權威人士指出，出廠的摩托車產品在達到歐II排放標準的同時， 必須保證催化轉化器應有10 000 km以上的使用壽命，并將考慮所規定的整車噪聲限值。我國各摩托車企業對此均給予極大的關注，主動地尋求能使摩托車產品排放達到歐II的技術和方法， 這在很大程度上促進了催化轉化技術和整車匹配技術的發展。
2 摩托車催化轉化技術進展
催化轉化技術的發展和應用取決于多個因素：排放的現狀和法規的頒布明確了對催化轉化技術的目標要求； 催化轉化技術本身的進展， 包括催化劑性能的提高，匹配總成技術的完善和使用壽命的改進等可表明這一技術的實用性；對催化劑和催化轉化器性能評價方法的規范化和相應評價裝置的建立可客觀地評價相應技術產品的可靠性。近年來， 我國不少高等院校、 研究機構和催化劑企業加大對摩托車排放控制技術的研發力度，國家科技部、國家環保總局也對此給予大力支持。桂林利凱特環保實業股份有限公司、 清華大學、 武漢理工大學和天津摩托車技術中心共同承擔 “十五” 國家863 計劃項目《摩托車排氣凈化器關鍵技術及產業化》 ，從整體上，已取得較大的突破，它將為正在制定的歐Ⅲ標準提供可靠的技術手段和產品。
2.1 新型摩托車排氣凈化催化劑研究進展
金屬載體上載工藝有新的突破：這是摩托車催化轉化技術的核心，也是制備金屬載體催化劑的關鍵工藝。桂林利凱特公司在原有工藝基礎上改進了涂層前金屬表面處理技術及 -Al2O3漿料制備方法，簡化了整個制備流程。試驗結果表明新工藝既保證催化劑組份抗熱沖擊和機械沖擊能力，且具有良好的CO、 HC和NOx三元凈化性能。國內某些企業例如昆貴所催化劑股份公司及一些高等院校也已研發出實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） 與貴金屬的協同效應等方面進行了大量工作，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課題之一，并已取得一系列可喜的成果， 國內外已有多家企業從事生產鈰-鋯固溶體產品。從新近的研究表明， 在應用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。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。適當的制備工藝既可提高產品的性能， 又能降低生產成本。
2.2 摩托車催化轉化器活性評價系統的建立
天津摩托車技術中心根據摩托車排放的特點已建成了摩托車催化轉化器活性評價系統，在評價其凈化效果的同時， 也具備了起燃溫度特性實驗， 空燃比特性實驗和空速特性實驗等功能。目前已建立了催化轉化器內部熱沖擊評價系統，可準確地評價催化轉化器內部熱沖擊現象、 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化器失活的原因。這對催化劑的改進有較好的指導價值。
2.3 催化轉化器匹配設計和總成技術有明顯突破
武漢理工大學和天津摩托車技術中心分別研發了摩托車電控節油凈化器和摩托車電控燃油噴射系統，在進行了各種因素對發動機排放匹配規律影響的研究后提出了與催化轉化器相匹配的系統設計方法。試驗表明，應用所建立的匹配設計方法可有效解決摩托車動力性， 經濟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排放標準。
3 摩托車催化轉化器應用市場分析
由于國家公布并強制性實施有關摩托車排放法規，大大地促進摩托車催化轉化技術市場的起動。 2004年在有關控制摩托車排放策略的會議上再次明確執行嚴格排放標準的決心，提出凈化效果與工作壽命同時關注的必要性。因此，催化轉化器生產企業在保證產品的凈化性能的同時必須確保其耐久性（＞1萬km） 。排放的現狀和法規的要求造就了一個龐大的環保市場，極大吸引著這一領域的國內外相關企業。
3.1 已進入我國市場的主要國外及我國臺灣省的企業
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勢和有效的營銷手段已進入國內幾家較大的摩托車企業。日本的三井、意大利開米拉的產品也開始應用。我國臺灣省的信通和力揚公司也有一定的競爭力。
3.2 國內企業開始顯示其技術和營銷優勢， 逐漸提高市場占有率
以利凱特公司為代表的國內企業在已形成產業化能力和批量生產出高質量技術產品的基礎上，擴大與廣大客戶的聯系， 已與至少80%以上的國內摩托車企業保持業務聯系并擴大產品的市場占有率，它將以優良的性能、 交付及時、 價格優勢、 完善的質保體系和良好的售后服務等與國外企業競爭。 2004年我國開始強制性全面實施摩托車排放標準（即歐I標準的生產一致性認定和歐II標準的形式認定） ， 2005年將全面實施歐II標準， 預計2008年北京奧運會之前，將實施尚未頒發的歐III標準。日益加嚴的排放標準法規將要求具有更為先進的凈化技術。未來的凈化技術 （包括催化轉化器） 應以具有高性能、低成本、 長壽命為目標， 這需要有更高技術水平的新型催化劑和相應的先進生產工藝，需要有更有效的綜合治理手段（如電噴+催化轉化器等， 或燃油添加劑+催化轉化技術） 最佳匹配設計方案和簡捷可靠的性能評價系統和評價方法，這也正是本公司技術中心攻關的主要任務。但可以肯定2005年摩托車催化轉化器的市場需求將有一個更大的飛躍。
4 摩托車催化轉化器的產業化工程建設
如上所述，我國已建立了一套有自主知識產權的先進的摩托車排氣催化轉化技術體系和相應的系列產品。它包括名種規格的金屬載體的制造、金屬載體催化劑的涂附技術，摩托車電控節油凈化器和電控燃油噴射系統的生產，催化轉化器的總成匹配設計，各種性能的檢測裝置和相應試驗方法的建立等。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、成熟的技術基礎和國家產業政策的指導均要求這一系列技術產品快速實現產業化。桂林利凱特環保實業股份有限公司是目前我國從事研發和熟練掌握金屬載體的制造和相應催化劑涂附技術和實現大批量生產且產品已批量進入市場的高新技術企業。該公司已分別建成年產100 萬件金屬載體和100萬件金屬載體催化劑的2條生產線。國家發改委已同意在該公司籌建我國機動車用金屬載體產業化示范工程基地和機動車催化轉化器生產基地， 年生產能力不低于500萬件。該基地既是生產中心， 又是機動車催化轉化技術的研發中心。 設備的現代化、 生產的自動化、 生產管理和質量的標準化是產業化重點解決的3大課題。目前公司正與國內外本領域的企業和專家建立廣泛的合作網絡，組成產、 學、 研攻關隊伍， 共同促進我國該領域技術及產品水平的發展和提高，并將在國內外市場顯示其強大的競爭力。
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