摩托车尾气净化技术现状及发展趋势
摘要： 控制摩托车排气的净化技术是一项以催化转化为核心的综合设计和匹配优化工程， 金属载体上载工艺是摩托车催化转化技术的核心，也是制备金属载体催化剂的关键工艺。经试验证明， 新工艺既保证了催化剂组份抗热冲击和机械冲击能力， 也具有良好的 CO、 HC和NOx三元净化性能。
经过多年的研发及应用实践，作为世界上最大的摩托车生产大国和使用大国，我国已形成了一套既适合我国国情又体现世界水准的成熟、有效的治理摩托车排气污染的催化转化技术体系。以金属为载体的催化剂涂层和制备工艺的研发成功并实现产业化生产、摩托车催化转化器匹配总成技术的完善和净化性能评价装置规范化和方法的建立等大大促进这一净化技术体系的发展，为推广和应用催化转化器提供良好的技术基础和技术产品，它将紧密地配合我国当前摩托车的排放现状和国家公布的强制性实施的排放法规，使我国摩托车产品的排放控制水平逐渐与国际接轨。
1 我国摩托车排放现状及可能采取的控制手段
据统计， 2003年我国摩托车的产量和销量均超过 1 400万辆，不少城市的禁摩和限摩政策并未能阻挡人们对摩托车的需求。要解决摩托车排放造成的大气污染， 关键在于积极寻求和发展有效的治理技术。二冲程摩托车由于其排放污染严重等原因，产量在逐年减少， 2003年其产量仅不到总产量的10%，即占90%多的摩托车均为四冲程摩托车， 其中125 mL 占50%以上。 当前， 二冲程摩托车的排放只有一部分达到欧I标准， 几乎100%未能达到欧II标准， 而对于四冲程摩托车， 通过加强对发动机的维护， 不采取任何措施， 就HC和NOx而言大部分可以满足欧II标准， 但至少80%的四冲程摩托车应采取治理措施， 主要解决 CO的超标现象。
众所周知，摩托车排气中污染物的形成受多种因素的影响。依靠先进的发动机控制技术，改善发动机燃烧过程的各种机内净化措施（如采用电控燃油喷射技术、 推迟点火提前角、 控制混合空燃比等） ，提高化油器精度，优化排气系统与发动机性能的匹配等， 在一定程度上可有效地降低排气中污染物。 经过多年的探索表明，要满足日益严格的排放法规标准， 必须应用包括催化转化的排气后处理净化技术。天津摩托车技术中心综合近几年来对各类型摩托车的排放治理经验提出了二冲程摩托车可采用电子燃油喷射技术（EFI）和催化转化技术相结合的方法， 使其达到欧II排放标准； 对四冲程摩托车则采用EFI 技术或精调原机化油器和催化转化技术加二次补气系统 （SAI） 相结合的方法， 可使其排放满足欧II 标准。
从当前的技术现状看，催化转化技术仍是治理摩托车排放的有效技术手段。使用催化转化技术必须综合考虑各种因素对发动机性能及整车性能的影响，对不同的车型应分别进行优化匹配设计。在满足发动机排放目标的同时，应使催化转化器符合所要求的耐久性、 抗热性、 安全性、 燃油经济性、 整车动力性和整车噪声等。因此，控制摩托车排气的净化技术是一项以催化转化为核心的综合设计和匹配优化工程， 目前已有可行的技术方法和手段。
根据已公布并强制性实施的3项摩托车排气污染物限值的国家标准 （GB 14621—2002、 GB 18176 —2002 和 GB 14622—2002）中规定的实施进度， 2005年将全面实施欧II标准。与此同时， 据权威人士指出，出厂的摩托车产品在达到欧II排放标准的同时， 必须保证催化转化器应有10 000 km以上的使用寿命，并将考虑所规定的整车噪声限值。我国各摩托车企业对此均给予极大的关注，主动地寻求能使摩托车产品排放达到欧II的技术和方法， 这在很大程度上促进了催化转化技术和整车匹配技术的发展。
2 摩托车催化转化技术进展
催化转化技术的发展和应用取决于多个因素：排放的现状和法规的颁布明确了对催化转化技术的目标要求； 催化转化技术本身的进展， 包括催化剂性能的提高，匹配总成技术的完善和使用寿命的改进等可表明这一技术的实用性；对催化剂和催化转化器性能评价方法的规范化和相应评价装置的建立可客观地评价相应技术产品的可靠性。近年来， 我国不少高等院校、 研究机构和催化剂企业加大对摩托车排放控制技术的研发力度，国家科技部、国家环保总局也对此给予大力支持。桂林利凯特环保实业股份有限公司、 清华大学、 武汉理工大学和天津摩托车技术中心共同承担 “十五” 国家863 计划项目《摩托车排气净化器关键技术及产业化》 ，从整体上，已取得较大的突破，它将为正在制定的欧Ⅲ标准提供可靠的技术手段和产品。
2.1 新型摩托车排气净化催化剂研究进展
金属载体上载工艺有新的突破：这是摩托车催化转化技术的核心，也是制备金属载体催化剂的关键工艺。桂林利凯特公司在原有工艺基础上改进了涂层前金属表面处理技术及 -Al2O3浆料制备方法，简化了整个制备流程。试验结果表明新工艺既保证催化剂组份抗热冲击和机械冲击能力，且具有良好的CO、 HC和NOx三元净化性能。国内某些企业例如昆贵所催化剂股份公司及一些高等院校也已研发出实用的金属载体涂附方法。
为提高催化剂的净化性能， 长期以来， 人们在催化剂的配方， 包括各种贵金属的配比和含量、 其它共存的活性组份 （例如过渡金属和稀土元素） 与贵金属的协同效应等方面进行了大量工作，特别是近年来对铈-锆固溶体等稀土储氧材料的制备和引入是催化剂研究的热点课题之一，并已取得一系列可喜的成果， 国内外已有多家企业从事生产铈-锆固溶体产品。从新近的研究表明， 在应用Ce-Zr固溶体过程中， 不同的共存 （ “掺杂” ） 元素， 不同的制备条件可使Ce-Zr固溶体在催化剂的涂层中处于不同的赋存状态。尤其是在一定条件下在催化剂表面形成掺杂有贵金属及其它微量过渡金属的Ce-Zr固溶体， 对催化剂的性能有较大的影响。适当的制备工艺既可提高产品的性能， 又能降低生产成本。
2.2 摩托车催化转化器活性评价系统的建立
天津摩托车技术中心根据摩托车排放的特点已建成了摩托车催化转化器活性评价系统，在评价其净化效果的同时， 也具备了起燃温度特性实验， 空燃比特性实验和空速特性实验等功能。目前已建立了催化转化器内部热冲击评价系统，可准确地评价催化转化器内部热冲击现象、 温度变化速率， 热冲击空燃化特性变化情况，并可在一定程度上判断催化转化器失活的原因。这对催化剂的改进有较好的指导价值。
2.3 催化转化器匹配设计和总成技术有明显突破
武汉理工大学和天津摩托车技术中心分别研发了摩托车电控节油净化器和摩托车电控燃油喷射系统，在进行了各种因素对发动机排放匹配规律影响的研究后提出了与催化转化器相匹配的系统设计方法。试验表明，应用所建立的匹配设计方法可有效解决摩托车动力性， 经济性与排放之间的矛盾， 使摩托车整车排放满足欧II， 甚至满足欧III排放标准。
3 摩托车催化转化器应用市场分析
由于国家公布并强制性实施有关摩托车排放法规，大大地促进摩托车催化转化技术市场的起动。 2004年在有关控制摩托车排放策略的会议上再次明确执行严格排放标准的决心，提出净化效果与工作寿命同时关注的必要性。因此，催化转化器生产企业在保证产品的净化性能的同时必须确保其耐久性（＞1万km） 。排放的现状和法规的要求造就了一个庞大的环保市场，极大吸引着这一领域的国内外相关企业。
3.1 已进入我国市场的主要国外及我国台湾省的企业
全球4大催化剂巨头(美国的德尔福Delphi、 安格 Engelhard、 英国的庄信Jansson Matthey、 德国的德固萨Degussa)以其国际大公司的品牌优势和有效的营销手段已进入国内几家较大的摩托车企业。日本的三井、意大利开米拉的产品也开始应用。我国台湾省的信通和力扬公司也有一定的竞争力。
3.2 国内企业开始显示其技术和营销优势， 逐渐提高市场占有率
以利凯特公司为代表的国内企业在已形成产业化能力和批量生产出高质量技术产品的基础上，扩大与广大客户的联系， 已与至少80%以上的国内摩托车企业保持业务联系并扩大产品的市场占有率，它将以优良的性能、 交付及时、 价格优势、 完善的质保体系和良好的售后服务等与国外企业竞争。 2004年我国开始强制性全面实施摩托车排放标准（即欧I标准的生产一致性认定和欧II标准的形式认定） ， 2005年将全面实施欧II标准， 预计2008年北京奥运会之前，将实施尚未颁发的欧III标准。日益加严的排放标准法规将要求具有更为先进的净化技术。未来的净化技术 （包括催化转化器） 应以具有高性能、低成本、 长寿命为目标， 这需要有更高技术水平的新型催化剂和相应的先进生产工艺，需要有更有效的综合治理手段（如电喷+催化转化器等， 或燃油添加剂+催化转化技术） 最佳匹配设计方案和简捷可靠的性能评价系统和评价方法，这也正是本公司技术中心攻关的主要任务。但可以肯定2005年摩托车催化转化器的市场需求将有一个更大的飞跃。
4 摩托车催化转化器的产业化工程建设
如上所述，我国已建立了一套有自主知识产权的先进的摩托车排气催化转化技术体系和相应的系列产品。它包括名种规格的金属载体的制造、金属载体催化剂的涂附技术，摩托车电控节油净化器和电控燃油喷射系统的生产，催化转化器的总成匹配设计，各种性能的检测装置和相应试验方法的建立等。这是我国广大科研人员多年来取得的重大科研成果。而大量的市场需求、成熟的技术基础和国家产业政策的指导均要求这一系列技术产品快速实现产业化。桂林利凯特环保实业股份有限公司是目前我国从事研发和熟练掌握金属载体的制造和相应催化剂涂附技术和实现大批量生产且产品已批量进入市场的高新技术企业。该公司已分别建成年产100 万件金属载体和100万件金属载体催化剂的2条生产线。国家发改委已同意在该公司筹建我国机动车用金属载体产业化示范工程基地和机动车催化转化器生产基地， 年生产能力不低于500万件。该基地既是生产中心， 又是机动车催化转化技术的研发中心。 设备的现代化、 生产的自动化、 生产管理和质量的标准化是产业化重点解决的3大课题。目前公司正与国内外本领域的企业和专家建立广泛的合作网络，组成产、 学、 研攻关队伍， 共同促进我国该领域技术及产品水平的发展和提高，并将在国内外市场显示其强大的竞争力。
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