高端國產替代正當時 四方光電打響發動機排放檢測設備“突圍戰”

　　為(wei) 了給環境保駕護航，全球範圍內(nei) 各項環保法規和標準相繼出台。對我國而言，環境保護部、國家質檢總局等相關(guan) 部門也針對發動機排放檢測製定了標準，確定了排放限值和檢測方法，同時也對相關(guan) 的儀(yi) 器技術提出了新的需求。鑒於(yu) 此，各大儀(yi) 器廠商在設備開發方麵也躬身入局，為(wei) 行業(ye) 發展貢獻自己的力量。特別是針對中國科學儀(yi) 器的市場現狀，一批國產(chan) 儀(yi) 器廠商在不斷突破，致力於(yu) 提升儀(yi) 器和核心關(guan) 鍵部件水平，實現高端國產(chan) 替代。本文將分析我國發動機排放檢測相關(guan) 法規及儀(yi) 器設備、市場現狀，並以四方光電為(wei) 例分享國產(chan) 儀(yi) 器公司在儀(yi) 器深耕方麵所開展的工作和成果。

　　環保政策嚴(yan) 控，發動機排放檢測越發嚴(yan) 格

　　環保法規和標準是控製機動車排放汙染的主要手段。目前，世界各國製定的汽車排放標準主要分為(wei) 歐洲排放法規、美國排放法規和日本排放法規三大體(ti) 係。歐洲標準是由歐洲經濟委員會(hui) (ECE)的汽車廢氣排放法規和歐盟(EU)的汽車廢氣排放指令共同加以實現的;美國的汽車排放法規可分為(wei) 聯邦排放法規即環境保護局(EPA)排放法規和加利福尼亞(ya) 大氣資源局(CARB)排放法規，並且其他各州可根據自身需要，選擇使用加州法規或者使用聯邦法規;日本法規開始實施是在20世紀80年代末期;2005年，日本開始實施新的車輛排放標準，排放限值相較之前嚴(yan) 格很多。

　　我國環境保護部、國家質檢總局製定、發布、實施了一係列控製機動車排放汙染的環保法規和標準，排放法規日趨嚴(yan) 格。2019年5月1日起開始實施GB 18285-2018《汽油車汙染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》和GB 3847-2018《柴油車汙染物排放限值及測量方法(自由加速法及加載減速法)》;2019年7月1日起實施GB 17691-2018《重型柴油車汙染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》;2020年7月1日起實施GB18352.6-2016《輕型汽車汙染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》;並將於(yu) 2022年底全麵實施HJ 1014-2020《非道路柴油移動機械汙染物排放控製技術要求》，以防治非道路柴油移動機械排氣汙染物對環境的汙染，進一步改善環境空氣質量。這些法規和標準的實施，對中國排放檢測領域的相關(guan) 企業(ye) 帶來了更大的機遇和挑戰。

　　進口儀(yi) 器設備壟斷市場，中小型發動機企業(ye) 不堪重負

　　汽車新產(chan) 品的開發和新的排放控製技術的研究都離不開汽車排放檢測係統。正確檢測汽車有害排放物的含量是研究汽車有害排放物的形成及其控製技術和裝置的重要前提。隨著各國汽車排放標準的日趨嚴(yan) 格,相關(guan) 排放檢測技術也不斷地完善。

　　在汽車排放檢測控製領域中，根據應用可以分為(wei) 三類：(A)發動機、汽車排放研究和型式認證用排放檢測設備，簡稱定容采樣係統(CVS)或直采排放分析係統以及便攜式排放檢測係統(PEMS);(B)發動機燃燒和汙染物檢測控製用傳(chuan) 感器，主要是高溫型的O2、NOx以及 SOOT 傳(chuan) 感器;(C)檢測和維修後市場I/M站用排放檢測設備。除C類排放檢測設備近年來通過采用進口和國產(chan) 化的尾氣平台結合測功機等基本實現了國產(chan) 化以外，A類排放檢測設備以及B類大批量、高價(jia) 格的排放檢測控製傳(chuan) 感器(O2傳(chuan) 感器年需求近億(yi) 隻、NOx以及SOOT傳(chuan) 感器價(jia) 格每隻接近1000元)，幾乎都依靠進口。

　　用於(yu) 排放研究和認證的高端汽車排放檢測設備不同於(yu) 一般的分析儀(yi) 器，它包括了紅外氣體(ti) 檢測、化學發光或者紫外氣體(ti) 檢測、加熱型FID甚至在線色譜氣體(ti) 檢測、重量法或者光學法顆粒物數量PN和質量PM 檢測、CVS排氣流量檢測或者高濕瞬態尾氣流量檢測等核心模塊。目前，國內(nei) 分析儀(yi) 器行業(ye) 很少有企業(ye) 同時具備氣體(ti) 分析領域的多種傳(chuan) 感器技術平台以及發動機排放檢測的專(zhuan) 業(ye) 知識，因此實現這種既需要高技術，又需要高度集成的高端汽車排放檢測設備具有較高的難度。

　　發動機燃燒和汙染物檢測控製用O2及NOx傳(chuan) 感器是汽油車及柴油車的燃燒控製以及尾氣後處理係統的重要部件，高溫陶瓷芯片原材料的極限溫差考驗、HTCC芯片的製作以及封裝工藝，傳(chuan) 感器的軟件測控等對企業(ye) 的技術研發能力要求非常高。目前國內(nei) 市場多由國外廠商壟斷，國內(nei) 企業(ye) 用戶采購成本高昂。

　　
各個(ge) 擊破，推動發動機排放檢測設備全產(chan) 業(ye) 國產(chan) 化進程

　　針對現狀，各大國產(chan) 儀(yi) 器公司也在全力以赴，用實際行動推動發動機排放測試設備全產(chan) 業(ye) 國產(chan) 化進程。特別值得一提的是，科創版上市公司四方光電(股票代碼688665)針對國產(chan) 發動機排放檢測設備現狀及相應的市場需求，自主完成實驗室排放檢測係統和道路測試用便攜式排放檢測係統(PEMS)的研發和生產(chan) ，形成了從(cong) 發動機實驗室排放檢測係統、便攜式排放檢測設備、I/M站檢測設備，到終端用戶汽車發動機尾氣後處理係統用O2及NOx傳(chuan) 感器的發動機排放檢測的完整解決(jue) 方案。

　　發動機實驗室排放檢測係統：實現排氣汙染物循環試驗

　　根據國五、國六標準，新型發動機應在測功機台架上進行排氣汙染物的循環試驗。發動機實驗室排放檢測係統可以按照法規和標準規定的流程，實現對發動機排氣進入大氣情況的近似模擬，並完成排放氣體(ti) 取樣和檢測。該檢測係統需要連續測量CO、CO2、NMHC(非甲烷總烴)、NOx等氣態汙染物及粉塵的濃度和排氣質量流量，並記錄到計算機係統中，需要集成多種氣體(ti) 傳(chuan) 感技術。

　　四方光電基於(yu) 核心氣體(ti) 傳(chuan) 感技術平台的組合優(you) 勢，自主研發發動機排放全流稀釋定容采樣係統(CVS)作為(wei) 傳(chuan) 感器的高端增值應用，其穩定性好，係統誤差小於(yu) 2%。與(yu) 發動機直采係統Gasboard-9801配套使用，可以滿足輕型汽油車排放法規GB 18352-2016、重型商用車排放法規GB 17691-2018以及摩托車相關(guan) 排放的要求。

　　圖：四方光電發動機排放檢測係統Gasboard-9801

　　圖：四方光電發動機排放全流稀釋定容采樣係統(CVS) Gasboard-9802

　　PEMS便攜式排放檢測係統：測量車輛實際行駛過程中汙染物排放量

　　在國六標準以前，新型發動機或新車型在型式認證階段，主要是基於(yu) 實驗室數據驗證尾氣排放是否達標，但發動機在實驗室中的運行狀態與(yu) 實際道路行駛狀態存在較大差異，實驗室數據可能並未真實反映發動機的實際排放情況。為(wei) 解決(jue) 上述問題，我國重型車國六標準均增加發動機便攜排放檢測係統(PEMS)測試，即將發動機便攜排放檢測係統安裝在實際道路行駛的整車上，測量得到車輛在實際行駛過程中的汙染物排放量。國六標準要求所有需進行型式檢驗的發動機及汽車進行前述檢測，且隻有通過檢測的新車才能生產(chan) 、進口、銷售和投入使用或注冊(ce) 登記。

　　2020年12月28日發布的HJ 1014-2020《非道路柴油移動機械汙染物排放控製技術要求》要求，從(cong) 2022年12月1日起，所有生產(chan) 、進口和銷售的560KW(含560KW)的非道路移動機械及裝用的柴油機，必須符合本標準。該標準是對2014年頒布的GB 20891-2014《非道路移動機械用柴油機排氣汙染物排放限值及測量方法(中國第三、四階段)》第四階段內(nei) 容的補充。該標準的發布，為(wei) 國內(nei) 非道路機械主機廠設定了鬧鍾，國四產(chan) 品的準備正式步入倒計時階段。相較於(yu) 原標準，其中很重要的一項是增加了車載法檢驗的限值及檢測規程，並對車載便攜式排放檢測係統(PEMS)的相關(guan) 技術要求進行了規定。

　　針對國內(nei) 急需的便攜式排放檢測係統(PEMS)需求，四方光電快速組織研發技術團隊攻關(guan) ，實現了便攜式排放檢測係統(PEMS)的國產(chan) 化。Gasboard-9805係列是四方光電基於(yu) 自主研發的核心氣體(ti) 分析技術專(zhuan) 門開發的一款便攜式排放檢測係統(PEMS)，用於(yu) 非道路、道路(輕型車及重型柴油車)，產(chan) 品可實現CO、CO2、NO、NO2、THC排放物濃度測量，以及顆粒物、排氣流量、GPS數據、環境溫濕度、大氣壓力的測量，並具備測試過程引導、自動計算排放總量、導出測試報告等功能。此外，產(chan) 品采用模塊化設計，便攜電池支持6小時以上續航，滿足在用車車載排放檢測要求。

　　圖：四方光電便攜式排放檢測係統(PEMS)Gasboard-9805

　　車載O2/NOx傳(chuan) 感器：發動機燃燒和汙染物檢測控製

　　燃油發動機運行會(hui) 釋放NOx，這類氣體(ti) 形成的硝酸鹽是造成空氣汙染的重要原因之一，NOx近年來已成為(wei) 大氣汙染治理的重點關(guan) 注對象。SCR作為(wei) NOx氮氧化物的主要控製技術，在國六柴油機上全麵普及。氮氧傳(chuan) 感器參與(yu) 噴氨係統的閉環控製，是發動機排放係統的核心傳(chuan) 感器。

　　針對汽油車排氣汙染物的主流淨化方法是使用三元催化器，將CO、NOx、HC等有害氣體(ti) 轉化為(wei) 無害氣體(ti) 和水，其淨化效率的高低取決(jue) 於(yu) 混合氣濃度是否保持在理論空燃比附近。由於(yu) 空燃比的變化會(hui) 引起排氣中氧濃度相應的變化，通過在排氣管中設置O2傳(chuan) 感器，可實現O2傳(chuan) 感器對氧濃度的檢測，並向汽車的電子控製單元反饋信號。電子控製單元根據反饋信號及時調整噴油量，使得混合氣的空燃比保持在理論值附近。

　　隨著“國六”標準的頒布及逐漸實施，O2及NOx傳(chuan) 感器前裝及後裝市場持續擴容，僅(jin) 前裝市場年需求量就達百億(yi) 元規模。但目前主要*由境外廠商占據，國內(nei) 需求嚴(yan) 重依賴進口。現在為(wei) 降低對境外廠商的依賴程度，國內(nei) 企業(ye) 必須自主研發發動機燃燒和汙染物檢測控製用的O2、NOx以及SOOT傳(chuan) 感器。

　　四方光電憑借多年在智能米兰高赔竞猜足球領域的技術創新、精益生產(chan) 、質量管控等硬實力，基於(yu) 高溫共燒陶瓷(HTCC)、高溫傳(chuan) 感器封裝等自有技術平台，已經實現傳(chuan) 感器所需核心元器件芯片的自製，建成傳(chuan) 感器所需的元器件芯片、封裝及傳(chuan) 感器生產(chan) 線，並實現批量生產(chan) 。四方光電通過上下遊供應鏈整合，核心關(guan) 鍵零部件自主生產(chan) ，為(wei) 客戶提供*化的發動機配套O2、NOx及顆粒物傳(chuan) 感器產(chan) 品解決(jue) 方案，實現進口替代。

　　圖：四方光電O2/NOx/SOOT傳(chuan) 感器

　　四方光電的發展戰略一直圍繞服務國家重點行業(ye) 以及重要需求。未來，四方光電將繼續加大發動機排放檢測設備和車用核心米兰高赔竞猜足球的研發及產(chan) 業(ye) 化力度。一方麵，公司將繼續完善發動機實驗室定容采樣CVS和直采係統、PEMS便攜檢測係統、以及I/M站排放檢測設備的國產(chan) 化替代方案；另一方麵，四方光電將為(wei) 售後市場提供更高可靠性能的O2、NOx和SOOT傳(chuan) 感器產(chan) 品，打贏發動機排放檢測設備“突圍戰”。

文章來源：儀(yi) 器信息網