2015年9月18日,美國環保署EPA宣布,大眾汽車在美國482,000輛柴油動力車存在舞弊現象,涵蓋2009至2015款捷達(對應中國速騰)高爾夫、奧迪A3和2014至2015款帕薩特,該公司利用軟件隱瞞了柴油汽車有毒污染物排放量,從而通過污染物排放測試,實際上大眾車輛排放超標將近40倍之多。

  大眾此舉違反了美國《清潔空氣法案》,擬每輛車罰款37,500美元,總計180億美元,成為汽車行業歷史上金額最大的罰單。該舞弊案造成業內轟動,并且導致大眾當天股價暴跌兩成。

  緊接著,歐盟、德國和加拿大等紛紛已經或宣布將展開相關調查,而該案也擴大到亞洲,印度和韓國也相繼發布著手調查的聲明。

  目前,大眾乘用車品牌大約有500萬輛涉及到柴油車尾氣排放造假丑聞。此前大眾汽車集團稱,全球大約有1,100萬輛汽車搭載Type EA 189發動機,可能受到影響。欺詐門事件發酵 大眾在澳洲停售全新柴油車。

  汽車分析師賈新光認為,“我們中國人根本沒有資格指責大眾的排放造假問題,因為中國本土的柴油車企排放造假更嚴重”。

  今年年初,歐洲出現了反對柴油車的聲音,來自英國工黨的環境部副部長Barry Gardiner表示:政府基于二氧化碳排放量來決定英國的汽車稅是一個“錯誤的決定”。柴油發動機的二氧化碳排放量確實會比汽油發動機少,但是與汽油車相比,柴油車排放了4倍之多氮氧化物和22倍之多的顆粒污染物。據悉,歐盟預計在2017年9月份起,對柴油車采用道路實測方式來取得與實際用車更接近的油耗數據。還有研究機構指出,柴油車終將走入歷史。不論柴油車是否真的會走入歷史,我們都站在一個歷史的轉折點上。人們對柴油車的觀念正在變化,電動叉車、汽油與替代燃料叉車的比例此后也可能發生相應的轉變。

  持續發酵的大眾事件,把一個名詞帶到了我們面前——“清潔柴油技術”。柴油車在歐洲的比例已經超過50%,而在中國轎車市場只有1%左右。提到柴油車,我們首先想到的是黑煙、噪音、農用機械和大貨車等等;但是在歐洲人眼中,柴油車卻是清潔、高效、省油、動力強勁的代名詞。這其中的差別,有柴油品質原因和政策的推動因素,另外一個就是因為清潔柴油技術的應用。

  1、柴油叉車機顆粒物污染現狀

  顆粒物(PM)是中國城市的首要空氣污染物之一,嚴重危害人體健康。研究表明,呼吸道疾病的發病率對應居住地與公路之間的距離變化而發生改變,沿柴油公交車和柴油叉車路線行走的哮喘患者肺功能明顯減弱,且生活在距離交通主干道不足50米的居民患動脈鈣化的風險增加60%。柴油車是顆粒物排放和造成人員暴露風險的最重要來源。根據2012年《中國機動車污染防治年報》,全國柴油車排放的PM占汽車PM排放總量的90%以上,2011年全國機動車排放PM 62.1萬噸,其中柴油車排放59萬噸。2005年的一項研究表明,陸上交通產生的直徑小于300r的超細顆粒物,占總量的36%,而在陸上交通中,柴油車貢獻的比例在46%。

  歐洲2014年實施歐Ⅵ法規,而我國重型柴油車國四法規2013年下半年才開始實施。柴油叉車在2016年度才執行國三排放,其中的柴油叉車黑煙顆粒物PM排放遠遠大于汽油叉車,由于至今為止幾乎對柴油叉車的黑煙顆粒物PM沒有嚴格意義上的管控,采用了歐洲上個世紀80年代的目測法,在售后市場更加采用了柴油叉車不冒黑煙即被認可的管理方案。

  為了更有效控制柴油叉車黑煙顆粒物PM排放,我國有必要借鑒歐洲經驗,對顆粒物排放的重量和數量都更加嚴格要求。售后市場的柴油叉車一般在新車6個月內可以做到少冒黑煙或者不冒黑煙,但隨著柴油發動機性能的降低和柴油泵的磨損,不可避免的可靠性會降低,冒黑煙幾乎是對柴油叉車的普遍認識。

  因此,今后針對柴油叉車加裝黑煙凈化裝置是對用戶和使用者負責任的趨勢。德國巴斯夫在第一代技術基礎之上黑煙凈化器研發了第二代電控式尾氣凈化器和少維護型尾氣凈化器。

  2、柴油機顆粒物后處理技術

  柴油機排放顆粒物的主要組分是碳煙,來自柴油的不完全燃燒。盡管開發了多種發動機技術來滿足不斷升級的法規要求,但廠商們發現僅通過改進發動機很難使顆粒物排放達標,因此各種后處理裝置被開發出來。目前比較常用的柴油機顆粒物后處理技術有氧化型催化劑、部分流過濾器、壁流式捕集器等。

  2.1 氧化催化劑 DOC

  柴油氧化催化劑(DOC)是最早使用的柴油機顆粒物后處理裝置,美國從1996年,歐洲從1998年就已大量應用。DOC是將氧化催化劑涂敷在陶瓷或金屬載體上制成的,結構與汽油車的三效催化劑類似,但催化劑配方更針對柴油機尾氣。DOC中的主要活性成分是鉑和鈀,柴油機尾氣中60%至90%的HC、CO和顆粒物中的可溶有機物(SOF)流過時將發生氧化反應被轉化掉,碳煙將不受影響的通過DOC。以重量計DOC對顆粒物有20%至40%的轉化效率。

  2.2 部分流捕集器 POC

  柴油機部分流捕集器(POC)通常使用金屬載體,由特殊的多孔金屬箔基板與金屬網層構成(如圖1.1所示)。尾氣流過時被導向鄰近的通道,而顆粒物則留在金屬網上,基于不同的過濾直徑和運行條件,POC能提供30%至80%的顆粒物過濾效率。

圖1.1

  2.3 壁流式捕集器 DPF

  壁流式DPF用一個類似蜂窩的載體結構過濾氣流中的顆粒,尾氣流入DPF后,氣流通道在出口端是堵塞的,尾氣被迫透過流道壁進入相鄰的孔道,顆粒物無法通過被沉積下來,成為積存的碳煙(參見圖1.2)。DPF首先應用于輕型柴油車領域,但隨著排放法規(歐Ⅵ,US2007,JapaIl2005標準)的加嚴,重型柴油車也不可或缺。

  壁流式捕集器能去除幾乎所有的碳煙和金屬顆粒,在發動機全工況范圍內對微粒物達到按質量分數計算大于95%,按顆粒數量計算大于99%的濾除效果。歐Ⅵ法規對顆粒物設定了質量和數量兩方面的限值,DPF是滿足該法規最有效的技術。

  4、柴油叉車的顆粒物捕集器再生技術

  由于碳煙持續的流入最終將不可避免堵塞DPF,因此必須將捕獲到的顆粒物通過氧化從捕集器中去除,避免排氣系統中產生過高的背壓。再生過程影響DPF的使用壽命和效果。DPF中黑煙顆粒物再生需要入口氣流溫度超過550℃,但柴油機典型工況很難達到這個要求,例如柴油叉車低速低負荷的發動機排氣溫度可能在200℃左右。高負荷時在300℃以上,基本可以滿足POC的使用條件要求。DPF的再生管理,一方面通過提升DPF入口溫度或改變發動機的工況,來促進碳顆粒的氧化,另一方面通過熱管理避免DPF的不當再生引起的燒蝕損壞。為可靠再生,多種主動、被動的DPF再生方案被開發出來。

  主動再生需要對再生時間和狀況進行精確控制。電加熱(見圖1.4)點燃碳煙顆粒,會給車輛供電帶來負擔,需安裝大容量電池來補充供電,這種再生方式使用不便,可靠性也有待提高。尾氣中噴入助燃氧化劑,或通過改變噴油時刻、進氣節流等方式來增加排氣溫度,是目前柴油卡車應用較多的主動再生方式,叉車行業基本還沒有涉及。

圖1.4電加熱主動再生系統一意大利倍耐力愛科公司

  被動再生分兩種,一種與催化劑密切相關的再生方式;另外一種對叉車來說是更加切實可行的方案是高溫爐燃燒的方式。

  被動再生相對主動再生,具有成本及可靠性的優勢。

  5、結論
  柴油叉車的排放法規在2016年4月1日起才開始執行國三排放標準,柴油叉車的顆粒物排放污染相比較道路車輛,譬如柴油輕、重卡等車輛來說相對嚴重些,對人體健康危害較大;加上近期被炒得沸沸揚揚的德國大眾柴油轎車的排放門事件,很難相信沒有加裝尾氣后處理系統的叉車可以到達很好的排放控制。

  通過上述比較不同的后處理技術可以看出,DPF壁流式顆粒捕集器是最有效的顆粒物排放控制技術。DPF被動再生具有系統結構簡單,使用成本低,能夠持續工作等優點。

  針對柴油叉車的實際使用工況來說,采用DPF被動高溫爐再生可以降低75%以上的使用成本,定期(1個月)使用高溫爐進行過氧化燃燒來清除積累下來的微粒是一條切實可行的技術路線。同時為使DPF可靠再生,從溫度控制、DOC布置、DPF涂層等方面加以專業化設計和布局,能夠對再生策略進行優化。德國巴斯夫第二代電控式黑煙凈化器已經實現了上述的全部功能,具有主動壓力電腦報警功能,目前叉車尾氣凈化的先進應用技術已經初見端倪。