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全球载货汽车环保技术发展动态
中国卡车网分析师 马力
 
  随着近年来我国汽车工业的快速发展,我国的汽车保有量迅速增长。据统计,目前我国的汽车保有量已达5000万辆左右。因此,我国汽车的排放问题也随着世界绿色汽车浪潮的发展而日益受到国人的高度关注。近年来,国家特别强调了载货汽车的环保问题。

  众所周知,汽车排放是指从废气中排出的CO(一氧化碳)、HC+NOx(碳氢化合物和氮氧化物)、PM(微粒,碳烟)等有害气体。它们都是发动机在燃烧做功过程中产生的有害气体。这些有害气体产生的原因各异,CO是燃油氧化不完全的中间产物,当氧气不充足时会产生CO,混合气浓度大及混合气不均匀都会使排气中的CO增加。HC是燃料中未燃烧的物质,由于混合气不均匀、燃烧室壁冷等原因造成部分燃油未来得及燃烧就被排放出去。NOx是燃料(汽油)在燃烧过程中产生的一种物质。PM也是燃油燃烧时缺氧产生的一种物质,其中以柴油机最明显。因为柴油机采用压燃方式,柴油在高温高压下裂解更容易产生大量肉眼看得见的碳烟。

  为抑制有害气体的产生,促使汽车生产厂家改进产品以降低有害气体产生的源头,世界各国都制定了相关的汽车排放标准或环保法规,特别是汽车发达国家,一直以来,在这方面做了大量的工作。

  1 国外载货汽车环保法规发展历程

  通过研究发现,世界上许多汽车发达国家都一直非常重视汽车的环保问题,而且在这方面有许多好的做法和经验。

  目前,国外执行的汽车排放标准主要有欧、美、日三大体系。

   1.1 欧洲排放标准发展概况

  在全球的汽车工业中,欧洲汽车排放标准应用较为广泛。在亚洲国家中,泰国、印度、韩国等均不同程度或采用或参照了欧洲标准(这些国家于1999年和2000年先后实施了欧II或相当于欧II的标准)。我国的汽车排放标准也是借鉴欧洲标准制定的。

  欧洲标准经历了从欧Ⅰ到目前欧Ⅳ的发展过程。

  欧洲标准是由欧洲经济委员会(ECE)的排放法规和欧共体(EEC)的排放指令共同加以实现的,欧共体(EEC)即是现在的欧盟(EU)。排放法规由ECE参与国自愿认可,排放指令是EEC或EU参与国强制实施的。汽车排放的欧洲法规(指令)标准1992年前巳实施若干阶段,欧洲从1992年起开始实施欧Ⅰ(欧Ⅰ型式认证排放限值)、1996年起开始实施欧Ⅱ、2000年起开始实施欧Ⅲ、2005年起开始实施欧Ⅳ排放限值标准。

  各阶段标准的基本内容和实施情况是怎样的呢?

  从1992年起开始实施的欧Ⅰ排放限值标准,是经过两次修订后确定下来的,重点强化了对有害物排放的限值;将不同种类汽车的排放限值作了区别;规定了气体燃料汽车排放的检测方法。还采用了新的生产一致性的检查方法,它将液体燃料汽车分为三组:使用含铅汽油的车辆、使用无铅汽油的车辆和使用柴油的车辆。

              表1 欧Ⅰ排放标准的各项限值

欧Ⅰ排放限值
车辆类别 基准质量(RM)kg 限值g/km
CO HC+NOx PM
第一类 全 部 2.72 0.97(1.36) 0.14(0.20)
第二类 1级 RM≤1250 2.72 0.97(1.36) 0.14(0.20)
2级 1250<RM≤1700 5.17 1.40(1.96) 0.19(0.27)
3级 RM>1700 6.90 1.70(2.38) 0.25(0.35)
   注:欧洲排放法规标准的计量是按汽车发动机单位行驶距离的排污量(g/km)进行计算的。

  于1996年开始实施的欧Ⅱ标准,对使用无铅汽油和柴油汽车的排放限值更加严格,规定了电喷点燃式发动机和使用气体燃料以及双燃料汽车排放的测定方法。除在生产一致性方面规定了新的检查方法外,该标准还强调,从事型式认证的权威机构在确认企业对所生产的汽车排放的监督措施和方法之后,对使用无铅汽油、柴油和气体燃料汽车的生产一致性检查就算完成了。如果权威机构认为生产中的监督水平不够,那么可以对成批生产的汽车进行抽检试验。

              表2 欧Ⅱ排放标准的各项限值

欧Ⅱ排放限值
车辆类别 限值g/km
基准质量(RM)kg CO HC+NOx PM
汽油机 柴油机 汽油机 非直喷柴油机 直喷柴油机 非直喷柴油机 直喷柴油机
第一类车   全部 2.2 1.0 0.5 0.7 0.9 0.08 0.10
第二类车 1级 RM≤1250 2.2 1.0 0.5 0.7 0.9 0.08 0.10
2级 1250<RM≤1700 4.0 1.25 0.6 1.0 1.3 0.12 0.14
3级 1700<RM 5.0 1.5 0.7 1.2 1.6 0.17 0.20

  通过分析可以发现,执行欧II标准后,污染物排放量比欧I减少了30%到50%。

  2000年开始执行的欧Ⅲ标准,重点是如何降低二氧化碳的排放,这是欧洲汽车生产企业面临的最大问题。事实证明,这些汽车企业在2002年时就达到了2003年中期的水平,即二氧化碳排放量达到了165克/公里,走在美国和日本同行的前面。

               表3 欧Ⅲ排放标准的各项限值

欧Ⅲ排放限值
车辆类别 基准质量(RM)kg 限值g/km
CO HC NOx HC+NOx PM
汽油机 柴油机 汽油机 汽油机 柴油机 柴油机 柴油机
第一类车 全部 2.3 0.64 0.2 0.15 0.50 0.56 0.05
第二类车 1级 RM≤1305 2.3 0.64 0.2 0.15 0.50 0.56 0.05
2级 1305<RM≤1760 4.17 0.80 0.25 0.18 0.65 0.72 0.07
3级 1760<RM 5.22 0.95 0.29 0.21 0.78 0.86 0.10

  欧Ⅳ标准于2005年开始在欧盟实施。欧Ⅳ排放限值见表4。

                表4 欧Ⅳ排放标准的各项限值

欧Ⅳ排放限值
车辆类别 基准质量(RM)kg 限值g/km
CO HC NOx HC+NOx PM
汽油机 柴油机 汽油机 汽油机 柴油机 柴油机 柴油机
第一类车 全部 2.3 0.64 0.2 0.15 0.50 0.56 0.05
第二类车 1级 RM≤1305 2.3 0.64 0.2 0.15 0.50 0.56 0.05
2级 1305<RM≤1760 4.17 0.80 0.25 0.18 0.65 0.72 0.07
3级 1760<RM 5.22 0.95 0.29 0.21 0.78 0.86 0.10

  从欧Ⅰ到目前欧Ⅳ的实施过程可以看出,欧洲对绿色汽车的认真态度和车辆环保的发展轨迹。也可以可出,欧洲排放标准的规范化和日益严格的趋势。以柴油机的排放限值为例,欧Ⅱ标准要求柴油的含硫量为500ppm,欧洲Ⅲ要求下降到50ppm,欧Ⅳ的限值是10ppm。

  据有关媒体报道,今后,欧洲的排放法规将更加严格。据欧洲汽车制造商协会称,到2008年时,不同重量汽车的二氧化碳平均排放值将降至140克/公里的水平。这样一来,就目前生产的各种类型发动机而言,只有直喷式柴油机有可能达到这一最严格的排放要求。

  1.2 美国环保载货汽车发展情况

  美国推行汽车排放法规已有30多年的历史。

  下面介绍一下美国重型载货汽车尾气排放标准的实施过程,了解这一过程,对我们有所借鉴。

  美国曾经决定于2004年1月1日开始执行新的重型载货汽车尾气排放标准。可是后来决定提前一年多开始实施。为什么会出现这样的情况呢?为什么能够提前实施呢?

  自1966年美国加州颁布了世界上第一个车辆排放控制标准后,美国联邦政府从1970年开始制订一系列越来越严格的排放标准,而且节奏不断加快。2004年1月1日决定开始实施重型柴油车(包括载货车和客车)尾气排放新标准(“2.5克标准”)。由于这一标准相当于欧洲2008年将要实行的欧Ⅴ排放标准 — 柴油机每制动马力小时氮氧化物和非甲烷碳氢化合物排放量合并在一起限制在2.5克。因此,该标准通常也被简称为“2.5克标准”。

  美国后来决定提前到2002年10月1日开始实施“2.5克标准”。之所以能够提前实施,其原因是美国五大柴油机制造商(卡特比勒、康明斯、底特律柴油机、迈克载货汽车和沃尔沃北美载货汽车公司)与美国联邦环保署和司法部在1998年达成了一个和解协议,也就是说,这是有关各方(柴油发动机生产厂商、柴油车制造厂家和使用柴油车运营的企业)达成利益平衡的结果。

  其中的背景原因是什么呢?

  人所共知,开发新一代柴油机,不可避免地要造成发动机制造成本的提高,并波及柴油车价格的增加。而按该标准法规,到期排放不达标的柴油机还要面临巨额罚款。因此,1990年以后,一些主要柴油机厂商为使自家的产品卖得好,便开始使用一种专门能规避有关环保法规的控制软件,使柴油车在定速行驶时,发动机能够自动转换为更为省油模式,以弥补用户购买达标柴油机、柴油车所增加的费用。

  但是,这种控制技术在使用中会造成氮氧化物排放量上升,能导致光化学烟雾污染。因而,美国联邦环保署把它称之为“排放失效装置”,并对这些柴油机厂商进行调查、课以巨额罚款并提起诉讼。经过长时间的争论和讨价还价,最后康明斯等五大柴油机厂商与美国环保署和司法部通过协商,于1998年达成了庭外和解。根据和解协议,联邦政府大幅度调低了对五大制造商的罚款额度,作为交换,五家公司同意环保署将原定2004年初生效的美国下一阶段重型载货汽车排放标准提前15个月开始实施。

  和解协议的主要内容还包括:

  1) 对发动机制造商进行罚款,同时要求厂商拨出专款进行更为深入的污染控制研究;

  2) 对现有的柴油机进行更新换代,降低氮氧化物排放量;

  3) 允许制造商在2002年10月1日以后销售排放超标的柴油机,但是要处以罚款。当时预期每台超标发动机的罚款金额在10000-15000美金之间;

  4) 排放超标程度越高,罚款越高;

  5) 罚款额度将略高于达标所付出的成本;

  6) 罚款金额逐年增加,以便鼓励厂商尽早达标 ;

  7) 容许采用‘辅助排放控制装置’(AECD)。

  辅助排放控制装置:辅助排放控制装置是一种在特殊条件下(如冷启动)对发动机实施保护的控制装置,可延长发动机的有效使用年限。目前美国公路用机动设备上使用的柴油发动机都普遍采用辅助排放控制装置。根据EPA2002排放标准,美国联邦环保署特别批准使用某些辅助排放控制装置。

  联邦环保署提前实施的重型载货汽车排放标准具体指标是:

  1) 每制动千瓦小时的颗粒物排量不能超过0.10克;

  2) 每制动千瓦小时的氮氧化物排量不能超过2.0克;

  3) 每制动千瓦小时的非甲烷碳氢化合物排量不能超过0.4-0.5克。

  据统计,截止到“2.5克标准”生效前,共有康明斯、底特律柴油机、迈克载货汽车和沃尔沃北美载货汽车等四家公司的六个系列产品获得了联邦环保署的认证。

  在这场涉及各方利益的环保标准大战中,柴油机厂商是始作俑者。以中国用户比较熟悉的美国康明斯公司为例,由于对汽车节能、环保看得透,利用自身始终处于技术前沿的有利地位加大开发研制新产品力度、适时推出达标机,为确保新排放标准的如期实施做了扎扎实实的基础工作。最终,康明斯有三个系列共36个规格的柴油机(排量从5.9到15升,功率覆盖185马力~565马力)满足了新排放法规的要求。就企业而言,康明斯是最大的受益者之一

   1.3 日本载货汽车环保法规的发展情况

  日本是非常注视载货汽车环保工作而且是做的较好的国家之一。

  在日本的汽车排放法规中,原来有个短期限制标准,最近又出台了个长期限制标准。于2002年开始实施的尾气排放短期限制标准,将尾气排放量大约减少至原来的二成。

  2005年,日本开始实施长期限制标准,要求大型载货汽车的尾气排放量减少85%,达到0.027g/kWh — 相当于未实施限制标准时期的3%左右。日本对汽车尾气排放的限制,已经不只停留在仅仅限制氮氧化物,而是更加关注粒状物的减少。

  通过比较可以看出,日本短期限制标准与欧Ⅲ限制标准基本上一样。但长期限制标准却比欧Ⅳ更为严格,也许是目前世界上最严格的尾气排放限制标准。

  为了满足出口欧洲的要求,日本汽车制造协会(JAMA)曾于1999年同意欧盟的要求,到2009年将CO2排放量降至140g/km(相当于比1995年减少30%),同时提出到2010年时将汽车的燃油效率提高24%。

  日本为解决载货汽车污染问题都采用了那些做法和对策呢?

  (1) 提高载货汽车的运输效率——在载货汽车运输方面,要推行共同运输和配送,加强物流基地的建设,提高汽车运输业的魅力,促进运输方式的自行转换。这样做也有利于提高物流的效率。

  (2) 降低载货汽车废气排放量——为了减少载货汽车有害物质的排放量,必须强化法规要求,同时大力普及低公害、绿色环保车。为此,要在充分运用环保税的同时,支持建设低公害燃料供给设施,普及电动汽车的共同利用系统。

  除了实行轻质油的低硫磺化之外,作为改善现有运输车辆管理的对策,还要促进加装柴油微粒去除装置(DPF)和低硫磺轻质油的利用。推广载货汽车装卸货时关闭发动机等生态环保驾驶方法,减少柴油车辆PM的排放量。此外,要按照汽车N0x改进法的要求对车辆种类进行限制,对运输企业进行指导。

  (3) 城市交通畅通化——要想解决由于载货汽车运输过于集中而排放过量PM、N0x等气体对城区和道路两旁的环境污染,必须改善城市交通现状。为此,既要搞好交通安全设施建设,又要积极开发和运用ITS (智能交通管理系统)。通过制定都市圈交通通畅化综合计划,缓解城市圈结构性交通阻塞。

  为了改造环线公路,避免过路车辆通过市区,消除城市交通瓶颈,须在改进交叉路口和过道口的同时,将集中在住宅区的过密交通转移至城市外围地区,并试行并排道路差别收费制的“环保道路拥挤税”等TDM(交通流量管理)对策。为了调节地区汽车流量,充分利用对环境影响小的小型载货汽车进行运输,也是交通流量管理(TDM)对策中的措施之一。在制定都市圈交通通畅化综合计划时,可考虑充分利用上述实验成果。

  此外,还要进行货主与物流企业联手协作,共同减少PM、N0x等大气污染排放量方面的尝试。为降低大型载货汽车造成的交通噪音公害,拟在铺装低噪音路面、设立隔音板和环保设施带的同时,依据《干线公路沿线整备法》,实施路房住宅隔音化。

  (4) 调整物流基地——尽可能将流通业务设施集中一处,并尽量将物流基地选在城区外围的环线公路两侧或沿海地带,这样有利于减少载货汽车过多的进入市区,更好的控制市区交通总量。为使市区交通顺畅,要在市区大型建筑内设置货物装卸场所,充分利用繁华商业区的公用货场,适当使用路边停车场供载货汽车装卸货物。停车规定也要考虑方便物流作业。

  (5) 有效利用船舶和铁路——要想提高市区物流效率,减轻环境负荷,应尽量避免过路载货汽车进入市区,能利用轮船和铁路运输的货物就不要再使用载货汽车。同时,要充分发挥城市外围的港口作用。

  目前,日本已经开发出多种混合动力载货汽车,而且有些车型已经实现了商业化。此外,为了促进环保载货汽车的推广,日本政府还出台了一些对汽车企业和消费者都有利的一些政策,如减免有关税收等。

  2 我国载货汽车环保工程发展现状

  近年来,我国高度重视汽车的环保问题,先后出台了一些有关汽车环保特别是控制汽车排放污染方面的政策法规,而且对汽车环保的要求越来越严格。

  众所周知,我国在实施汽车绿色环保工程时,在很大程度上借鉴和参照了国外的做法,特别是汽车排放法规方面。

  我国目前实施相当于欧Ⅱ排放标准的国家机动车排放标准。载货车方面是这样规定的:适用于重型柴油车(质量大于3.5吨)的 “EEC88/77” 指令分为两个阶段实施,第一阶段(或称A阶段)即欧Ⅰ)适用于1993年10月以后注册的车辆;第二阶段(或称B阶段)(即欧Ⅱ)适用于1995年10月以后注册的车辆。 我国已于2004年9月开始执行第二阶段机动车排放限值。

  为了更加有效地控制机动车引起的空气污染,与第一阶段机动车排放标准相比,第二阶段的限值更为严格。如重型柴油车(发动机功率小于、等于85kW)颗粒物排放限值降低75.4%,重型汽油车一氧化碳排放限值降低71.5%。

  据有关分析,国产重型汽车在环保性方面,总体落后欧洲5-8年。随着我国装用大排量发动机的重型汽车的排放物对环境的影响日益严重,应国家和地方的环保要求,国内主要重型汽车厂家均在2003年度推出或选用了达到欧Ⅱ排放法规的发动机:

  ·东风公司与康明斯公司合资生产的系列柴油机,满足欧Ⅱ排放并实现批量生产;

  ·广西玉柴发动机从巴西引进的福特公司柴油机制造技术,经国产化以及联合设计改进后,满足欧Ⅱ排放并实现批量生产;其欧Ⅲ排放机型的研发生产工作也在顺利进行之中;

  ·上柴与日野公司合资生产的满足欧Ⅲ的P11C系列产品,也在开发中引进了增压器、喷油泵和喷油器等先进的制造技术;

  ·一汽解放无锡柴油机公司与奥地利AVL公司合作开发的奥威CA6DL四气门大功率柴油机,具有20世纪90年代末国际商用车重型柴油机水平,功率排放达到欧Ⅱ标准,采用电控喷油技术,达到欧Ⅲ标准,并具有欧Ⅳ潜力。

  为了抓好载货汽车的环保问题,国家环保总局于2005年5月组织成立了“重型汽车环保专家委员会”。该汽车环保专家委员会的成立,旨在改善空气质量,防治机动车污染,特别是进一步强化重型汽车的污染防治问题。

  该委员会由来自国内高校、重型汽车(发动机)企业和检测机构的11位专家组成。该委员会所承担的工作是:为国家重型汽车排放技术管理政策或决定的制订提供技术支持;对“社会对重型汽车排放一致性的投诉”进行技术分析;参加国家环境保护总局“关于开展重型汽车及其车用发动机环保生产一致性监督管理公告”有关工作任务;配合和参与国家环保局或其它机构的专业技术活动(重型汽车环保专家委员会办公室设在济南汽车检测中心)。

  为了进一步深入加强载货汽车的环保管理工作,国家环保总局近两年连续公布了一系列有关控制政策和标准等措施。

  2005年9月,国家环保总局委托济南汽车检测中心举办了载货汽车排放标准宣贯会,会上介绍了我国机动车排放标准的制订和实施情况,重点对重型汽车及发动机排放等多项标准进行了宣讲和交流,此次会议为这些新标准的实施奠定了基础。

  2006年,国家环保总局下发了第34号公告,发布了《汽油车双怠速法排气污染物测量设备技术要求》、《汽油车简易瞬态工况法排气污染物测量设备技术要求》、《汽油车稳态工况法排气污染物测量设备技术要求》和《柴油车加载减速工况法排气烟度测量设备技术要求》等四项行业标准,同时指出,这些标准于2006年9月1日起正式实施。

  另外,国家环保总局还于2006年10月下发了《重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)(征求意见稿)》。

  3. 国外经验对我们的启示

  纵观全球的总体情况可以看出,世界各国都非常重视绿色汽车的研发,在环保载货汽车的排放要求和产品技术方面,做了大量卓有成效的工作,取得了可喜的进步。

  通过以上论述可以看出,欧美日这些国家和地区的许多做法值得我们借鉴,如坚持法规的原则性和权威性、加强达标发动机的认证管理和加大对违规发动机企业的惩罚力度、兼顾用户的承受能力等。

  我国与其他国家的国情不同、管理体制不同,要在短时间里做到与国际汽车环保水平接轨,有关部门应结合具体国情进行开创性的管理;对率先生产、使用达标机的厂家和用户,应在税费方面给予优惠,以资鼓励;对不达标的产品坚决不予认证,对弄虚作假的企业及其产品给予经济处罚,甚至诉诸法律;加强油品品质管理,堵住劣质油品流入市场的渠道等等。

  毫无疑问,环保标准的加快实施,必将有利于载货汽车新品的问世和落后产品的淘汰。企业应按照新阶段排放标准的要求,适时开发、实验和做好产品认证,同时采取有效措施,大力降低生产成本,及时把“环境友好型”产品推向市场,以赢得良好的经济效益和社会效益,紧紧把握科学的发展观,为可持续发展和构建和谐社会贡献力量。