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全球載貨汽車環(huán)保技術發(fā)展動態(tài)
中國卡車網分析師 馬力
 
  隨著近年來我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展,我國的汽車保有量迅速增長。據統計,目前我國的汽車保有量已達5000萬輛左右。因此,我國汽車的排放問題也隨著世界綠色汽車浪潮的發(fā)展而日益受到國人的高度關注。近年來,國家特別強調了載貨汽車的環(huán)保問題。

  眾所周知,汽車排放是指從廢氣中排出的CO(一氧化碳)、HC+NOx(碳氫化合物和氮氧化物)、PM(微粒,碳煙)等有害氣體。它們都是發(fā)動機在燃燒做功過程中產生的有害氣體。這些有害氣體產生的原因各異,CO是燃油氧化不完全的中間產物,當氧氣不充足時會產生CO,混合氣濃度大及混合氣不均勻都會使排氣中的CO增加。HC是燃料中未燃燒的物質,由于混合氣不均勻、燃燒室壁冷等原因造成部分燃油未來得及燃燒就被排放出去。NOx是燃料(汽油)在燃燒過程中產生的一種物質。PM也是燃油燃燒時缺氧產生的一種物質,其中以柴油機最明顯。因為柴油機采用壓燃方式,柴油在高溫高壓下裂解更容易產生大量肉眼看得見的碳煙。

  為抑制有害氣體的產生,促使汽車生產廠家改進產品以降低有害氣體產生的源頭,世界各國都制定了相關的汽車排放標準或環(huán)保法規(guī),特別是汽車發(fā)達國家,一直以來,在這方面做了大量的工作。

  1 國外載貨汽車環(huán)保法規(guī)發(fā)展歷程

  通過研究發(fā)現,世界上許多汽車發(fā)達國家都一直非常重視汽車的環(huán)保問題,而且在這方面有許多好的做法和經驗。

  目前,國外執(zhí)行的汽車排放標準主要有歐、美、日三大體系。

   1.1 歐洲排放標準發(fā)展概況

  在全球的汽車工業(yè)中,歐洲汽車排放標準應用較為廣泛。在亞洲國家中,泰國、印度、韓國等均不同程度或采用或參照了歐洲標準(這些國家于1999年和2000年先后實施了歐II或相當于歐II的標準)。我國的汽車排放標準也是借鑒歐洲標準制定的。

  歐洲標準經歷了從歐Ⅰ到目前歐Ⅳ的發(fā)展過程。

  歐洲標準是由歐洲經濟委員會(ECE)的排放法規(guī)和歐共體(EEC)的排放指令共同加以實現的,歐共體(EEC)即是現在的歐盟(EU)。排放法規(guī)由ECE參與國自愿認可,排放指令是EEC或EU參與國強制實施的。汽車排放的歐洲法規(guī)(指令)標準1992年前巳實施若干階段,歐洲從1992年起開始實施歐Ⅰ(歐Ⅰ型式認證排放限值)、1996年起開始實施歐Ⅱ、2000年起開始實施歐Ⅲ、2005年起開始實施歐Ⅳ排放限值標準。

  各階段標準的基本內容和實施情況是怎樣的呢?

  從1992年起開始實施的歐Ⅰ排放限值標準,是經過兩次修訂后確定下來的,重點強化了對有害物排放的限值;將不同種類汽車的排放限值作了區(qū)別;規(guī)定了氣體燃料汽車排放的檢測方法。還采用了新的生產一致性的檢查方法,它將液體燃料汽車分為三組:使用含鉛汽油的車輛、使用無鉛汽油的車輛和使用柴油的車輛。

              表1 歐Ⅰ排放標準的各項限值

歐Ⅰ排放限值
車輛類別 基準質量(RM)kg 限值g/km
CO HC+NOx PM
第一類 全 部 2.72 0.97(1.36) 0.14(0.20)
第二類 1級 RM≤1250 2.72 0.97(1.36) 0.14(0.20)
2級 1250<RM≤1700 5.17 1.40(1.96) 0.19(0.27)
3級 RM>1700 6.90 1.70(2.38) 0.25(0.35)
   注:歐洲排放法規(guī)標準的計量是按汽車發(fā)動機單位行駛距離的排污量(g/km)進行計算的。

  于1996年開始實施的歐Ⅱ標準,對使用無鉛汽油和柴油汽車的排放限值更加嚴格,規(guī)定了電噴點燃式發(fā)動機和使用氣體燃料以及雙燃料汽車排放的測定方法。除在生產一致性方面規(guī)定了新的檢查方法外,該標準還強調,從事型式認證的權威機構在確認企業(yè)對所生產的汽車排放的監(jiān)督措施和方法之后,對使用無鉛汽油、柴油和氣體燃料汽車的生產一致性檢查就算完成了。如果權威機構認為生產中的監(jiān)督水平不夠,那么可以對成批生產的汽車進行抽檢試驗。

              表2 歐Ⅱ排放標準的各項限值

歐Ⅱ排放限值
車輛類別 限值g/km
基準質量(RM)kg CO HC+NOx PM
汽油機 柴油機 汽油機 非直噴柴油機 直噴柴油機 非直噴柴油機 直噴柴油機
第一類車   全部 2.2 1.0 0.5 0.7 0.9 0.08 0.10
第二類車 1級 RM≤1250 2.2 1.0 0.5 0.7 0.9 0.08 0.10
2級 1250<RM≤1700 4.0 1.25 0.6 1.0 1.3 0.12 0.14
3級 1700<RM 5.0 1.5 0.7 1.2 1.6 0.17 0.20

  通過分析可以發(fā)現,執(zhí)行歐II標準后,污染物排放量比歐I減少了30%到50%。

  2000年開始執(zhí)行的歐Ⅲ標準,重點是如何降低二氧化碳的排放,這是歐洲汽車生產企業(yè)面臨的最大問題。事實證明,這些汽車企業(yè)在2002年時就達到了2003年中期的水平,即二氧化碳排放量達到了165克/公里,走在美國和日本同行的前面。

               表3 歐Ⅲ排放標準的各項限值

歐Ⅲ排放限值
車輛類別 基準質量(RM)kg 限值g/km
CO HC NOx HC+NOx PM
汽油機 柴油機 汽油機 汽油機 柴油機 柴油機 柴油機
第一類車 全部 2.3 0.64 0.2 0.15 0.50 0.56 0.05
第二類車 1級 RM≤1305 2.3 0.64 0.2 0.15 0.50 0.56 0.05
2級 1305<RM≤1760 4.17 0.80 0.25 0.18 0.65 0.72 0.07
3級 1760<RM 5.22 0.95 0.29 0.21 0.78 0.86 0.10

  歐Ⅳ標準于2005年開始在歐盟實施。歐Ⅳ排放限值見表4。

                表4 歐Ⅳ排放標準的各項限值

歐Ⅳ排放限值
車輛類別 基準質量(RM)kg 限值g/km
CO HC NOx HC+NOx PM
汽油機 柴油機 汽油機 汽油機 柴油機 柴油機 柴油機
第一類車 全部 2.3 0.64 0.2 0.15 0.50 0.56 0.05
第二類車 1級 RM≤1305 2.3 0.64 0.2 0.15 0.50 0.56 0.05
2級 1305<RM≤1760 4.17 0.80 0.25 0.18 0.65 0.72 0.07
3級 1760<RM 5.22 0.95 0.29 0.21 0.78 0.86 0.10

  從歐Ⅰ到目前歐Ⅳ的實施過程可以看出,歐洲對綠色汽車的認真態(tài)度和車輛環(huán)保的發(fā)展軌跡。也可以可出,歐洲排放標準的規(guī)范化和日益嚴格的趨勢。以柴油機的排放限值為例,歐Ⅱ標準要求柴油的含硫量為500ppm,歐洲Ⅲ要求下降到50ppm,歐Ⅳ的限值是10ppm。

  據有關媒體報道,今后,歐洲的排放法規(guī)將更加嚴格。據歐洲汽車制造商協會稱,到2008年時,不同重量汽車的二氧化碳平均排放值將降至140克/公里的水平。這樣一來,就目前生產的各種類型發(fā)動機而言,只有直噴式柴油機有可能達到這一最嚴格的排放要求。

  1.2 美國環(huán)保載貨汽車發(fā)展情況

  美國推行汽車排放法規(guī)已有30多年的歷史。

  下面介紹一下美國重型載貨汽車尾氣排放標準的實施過程,了解這一過程,對我們有所借鑒。

  美國曾經決定于2004年1月1日開始執(zhí)行新的重型載貨汽車尾氣排放標準?墒呛髞頉Q定提前一年多開始實施。為什么會出現這樣的情況呢?為什么能夠提前實施呢?

  自1966年美國加州頒布了世界上第一個車輛排放控制標準后,美國聯邦政府從1970年開始制訂一系列越來越嚴格的排放標準,而且節(jié)奏不斷加快。2004年1月1日決定開始實施重型柴油車(包括載貨車和客車)尾氣排放新標準(“2.5克標準”)。由于這一標準相當于歐洲2008年將要實行的歐Ⅴ排放標準 — 柴油機每制動馬力小時氮氧化物和非甲烷碳氫化合物排放量合并在一起限制在2.5克。因此,該標準通常也被簡稱為“2.5克標準”。

  美國后來決定提前到2002年10月1日開始實施“2.5克標準”。之所以能夠提前實施,其原因是美國五大柴油機制造商(卡特比勒、康明斯、底特律柴油機、邁克載貨汽車和沃爾沃北美載貨汽車公司)與美國聯邦環(huán)保署和司法部在1998年達成了一個和解協議,也就是說,這是有關各方(柴油發(fā)動機生產廠商、柴油車制造廠家和使用柴油車運營的企業(yè))達成利益平衡的結果。

  其中的背景原因是什么呢?

  人所共知,開發(fā)新一代柴油機,不可避免地要造成發(fā)動機制造成本的提高,并波及柴油車價格的增加。而按該標準法規(guī),到期排放不達標的柴油機還要面臨巨額罰款。因此,1990年以后,一些主要柴油機廠商為使自家的產品賣得好,便開始使用一種專門能規(guī)避有關環(huán)保法規(guī)的控制軟件,使柴油車在定速行駛時,發(fā)動機能夠自動轉換為更為省油模式,以彌補用戶購買達標柴油機、柴油車所增加的費用。

  但是,這種控制技術在使用中會造成氮氧化物排放量上升,能導致光化學煙霧污染。因而,美國聯邦環(huán)保署把它稱之為“排放失效裝置”,并對這些柴油機廠商進行調查、課以巨額罰款并提起訴訟。經過長時間的爭論和討價還價,最后康明斯等五大柴油機廠商與美國環(huán)保署和司法部通過協商,于1998年達成了庭外和解。根據和解協議,聯邦政府大幅度調低了對五大制造商的罰款額度,作為交換,五家公司同意環(huán)保署將原定2004年初生效的美國下一階段重型載貨汽車排放標準提前15個月開始實施。

  和解協議的主要內容還包括:

  1) 對發(fā)動機制造商進行罰款,同時要求廠商撥出?钸M行更為深入的污染控制研究;

  2) 對現有的柴油機進行更新換代,降低氮氧化物排放量;

  3) 允許制造商在2002年10月1日以后銷售排放超標的柴油機,但是要處以罰款。當時預期每臺超標發(fā)動機的罰款金額在10000-15000美金之間;

  4) 排放超標程度越高,罰款越高;

  5) 罰款額度將略高于達標所付出的成本;

  6) 罰款金額逐年增加,以便鼓勵廠商盡早達標 ;

  7) 容許采用‘輔助排放控制裝置’(AECD)。

  輔助排放控制裝置:輔助排放控制裝置是一種在特殊條件下(如冷啟動)對發(fā)動機實施保護的控制裝置,可延長發(fā)動機的有效使用年限。目前美國公路用機動設備上使用的柴油發(fā)動機都普遍采用輔助排放控制裝置。根據EPA2002排放標準,美國聯邦環(huán)保署特別批準使用某些輔助排放控制裝置。

  聯邦環(huán)保署提前實施的重型載貨汽車排放標準具體指標是:

  1) 每制動千瓦小時的顆粒物排量不能超過0.10克;

  2) 每制動千瓦小時的氮氧化物排量不能超過2.0克;

  3) 每制動千瓦小時的非甲烷碳氫化合物排量不能超過0.4-0.5克。

  據統計,截止到“2.5克標準”生效前,共有康明斯、底特律柴油機、邁克載貨汽車和沃爾沃北美載貨汽車等四家公司的六個系列產品獲得了聯邦環(huán)保署的認證。

  在這場涉及各方利益的環(huán)保標準大戰(zhàn)中,柴油機廠商是始作俑者。以中國用戶比較熟悉的美國康明斯公司為例,由于對汽車節(jié)能、環(huán)保看得透,利用自身始終處于技術前沿的有利地位加大開發(fā)研制新產品力度、適時推出達標機,為確保新排放標準的如期實施做了扎扎實實的基礎工作。最終,康明斯有三個系列共36個規(guī)格的柴油機(排量從5.9到15升,功率覆蓋185馬力~565馬力)滿足了新排放法規(guī)的要求。就企業(yè)而言,康明斯是最大的受益者之一

   1.3 日本載貨汽車環(huán)保法規(guī)的發(fā)展情況

  日本是非常注視載貨汽車環(huán)保工作而且是做的較好的國家之一。

  在日本的汽車排放法規(guī)中,原來有個短期限制標準,最近又出臺了個長期限制標準。于2002年開始實施的尾氣排放短期限制標準,將尾氣排放量大約減少至原來的二成。

  2005年,日本開始實施長期限制標準,要求大型載貨汽車的尾氣排放量減少85%,達到0.027g/kWh — 相當于未實施限制標準時期的3%左右。日本對汽車尾氣排放的限制,已經不只停留在僅僅限制氮氧化物,而是更加關注粒狀物的減少。

  通過比較可以看出,日本短期限制標準與歐Ⅲ限制標準基本上一樣。但長期限制標準卻比歐Ⅳ更為嚴格,也許是目前世界上最嚴格的尾氣排放限制標準。

  為了滿足出口歐洲的要求,日本汽車制造協會(JAMA)曾于1999年同意歐盟的要求,到2009年將CO2排放量降至140g/km(相當于比1995年減少30%),同時提出到2010年時將汽車的燃油效率提高24%。

  日本為解決載貨汽車污染問題都采用了那些做法和對策呢?

  (1) 提高載貨汽車的運輸效率——在載貨汽車運輸方面,要推行共同運輸和配送,加強物流基地的建設,提高汽車運輸業(yè)的魅力,促進運輸方式的自行轉換。這樣做也有利于提高物流的效率。

  (2) 降低載貨汽車廢氣排放量——為了減少載貨汽車有害物質的排放量,必須強化法規(guī)要求,同時大力普及低公害、綠色環(huán)保車。為此,要在充分運用環(huán)保稅的同時,支持建設低公害燃料供給設施,普及電動汽車的共同利用系統。

  除了實行輕質油的低硫磺化之外,作為改善現有運輸車輛管理的對策,還要促進加裝柴油微粒去除裝置(DPF)和低硫磺輕質油的利用。推廣載貨汽車裝卸貨時關閉發(fā)動機等生態(tài)環(huán)保駕駛方法,減少柴油車輛PM的排放量。此外,要按照汽車N0x改進法的要求對車輛種類進行限制,對運輸企業(yè)進行指導。

  (3) 城市交通暢通化——要想解決由于載貨汽車運輸過于集中而排放過量PM、N0x等氣體對城區(qū)和道路兩旁的環(huán)境污染,必須改善城市交通現狀。為此,既要搞好交通安全設施建設,又要積極開發(fā)和運用ITS (智能交通管理系統)。通過制定都市圈交通通暢化綜合計劃,緩解城市圈結構性交通阻塞。

  為了改造環(huán)線公路,避免過路車輛通過市區(qū),消除城市交通瓶頸,須在改進交叉路口和過道口的同時,將集中在住宅區(qū)的過密交通轉移至城市外圍地區(qū),并試行并排道路差別收費制的“環(huán)保道路擁擠稅”等TDM(交通流量管理)對策。為了調節(jié)地區(qū)汽車流量,充分利用對環(huán)境影響小的小型載貨汽車進行運輸,也是交通流量管理(TDM)對策中的措施之一。在制定都市圈交通通暢化綜合計劃時,可考慮充分利用上述實驗成果。

  此外,還要進行貨主與物流企業(yè)聯手協作,共同減少PM、N0x等大氣污染排放量方面的嘗試。為降低大型載貨汽車造成的交通噪音公害,擬在鋪裝低噪音路面、設立隔音板和環(huán)保設施帶的同時,依據《干線公路沿線整備法》,實施路房住宅隔音化。

  (4) 調整物流基地——盡可能將流通業(yè)務設施集中一處,并盡量將物流基地選在城區(qū)外圍的環(huán)線公路兩側或沿海地帶,這樣有利于減少載貨汽車過多的進入市區(qū),更好的控制市區(qū)交通總量。為使市區(qū)交通順暢,要在市區(qū)大型建筑內設置貨物裝卸場所,充分利用繁華商業(yè)區(qū)的公用貨場,適當使用路邊停車場供載貨汽車裝卸貨物。停車規(guī)定也要考慮方便物流作業(yè)。

  (5) 有效利用船舶和鐵路——要想提高市區(qū)物流效率,減輕環(huán)境負荷,應盡量避免過路載貨汽車進入市區(qū),能利用輪船和鐵路運輸的貨物就不要再使用載貨汽車。同時,要充分發(fā)揮城市外圍的港口作用。

  目前,日本已經開發(fā)出多種混合動力載貨汽車,而且有些車型已經實現了商業(yè)化。此外,為了促進環(huán)保載貨汽車的推廣,日本政府還出臺了一些對汽車企業(yè)和消費者都有利的一些政策,如減免有關稅收等。

  2 我國載貨汽車環(huán)保工程發(fā)展現狀

  近年來,我國高度重視汽車的環(huán)保問題,先后出臺了一些有關汽車環(huán)保特別是控制汽車排放污染方面的政策法規(guī),而且對汽車環(huán)保的要求越來越嚴格。

  眾所周知,我國在實施汽車綠色環(huán)保工程時,在很大程度上借鑒和參照了國外的做法,特別是汽車排放法規(guī)方面。

  我國目前實施相當于歐Ⅱ排放標準的國家機動車排放標準。載貨車方面是這樣規(guī)定的:適用于重型柴油車(質量大于3.5噸)的 “EEC88/77” 指令分為兩個階段實施,第一階段(或稱A階段)即歐Ⅰ)適用于1993年10月以后注冊的車輛;第二階段(或稱B階段)(即歐Ⅱ)適用于1995年10月以后注冊的車輛。 我國已于2004年9月開始執(zhí)行第二階段機動車排放限值。

  為了更加有效地控制機動車引起的空氣污染,與第一階段機動車排放標準相比,第二階段的限值更為嚴格。如重型柴油車(發(fā)動機功率小于、等于85kW)顆粒物排放限值降低75.4%,重型汽油車一氧化碳排放限值降低71.5%。

  據有關分析,國產重型汽車在環(huán)保性方面,總體落后歐洲5-8年。隨著我國裝用大排量發(fā)動機的重型汽車的排放物對環(huán)境的影響日益嚴重,應國家和地方的環(huán)保要求,國內主要重型汽車廠家均在2003年度推出或選用了達到歐Ⅱ排放法規(guī)的發(fā)動機:

  ·東風公司與康明斯公司合資生產的系列柴油機,滿足歐Ⅱ排放并實現批量生產;

  ·廣西玉柴發(fā)動機從巴西引進的福特公司柴油機制造技術,經國產化以及聯合設計改進后,滿足歐Ⅱ排放并實現批量生產;其歐Ⅲ排放機型的研發(fā)生產工作也在順利進行之中;

  ·上柴與日野公司合資生產的滿足歐Ⅲ的P11C系列產品,也在開發(fā)中引進了增壓器、噴油泵和噴油器等先進的制造技術;

  ·一汽解放無錫柴油機公司與奧地利AVL公司合作開發(fā)的奧威CA6DL四氣門大功率柴油機,具有20世紀90年代末國際商用車重型柴油機水平,功率排放達到歐Ⅱ標準,采用電控噴油技術,達到歐Ⅲ標準,并具有歐Ⅳ潛力。

  為了抓好載貨汽車的環(huán)保問題,國家環(huán)?偩钟2005年5月組織成立了“重型汽車環(huán)保專家委員會”。該汽車環(huán)保專家委員會的成立,旨在改善空氣質量,防治機動車污染,特別是進一步強化重型汽車的污染防治問題。

  該委員會由來自國內高校、重型汽車(發(fā)動機)企業(yè)和檢測機構的11位專家組成。該委員會所承擔的工作是:為國家重型汽車排放技術管理政策或決定的制訂提供技術支持;對“社會對重型汽車排放一致性的投訴”進行技術分析;參加國家環(huán)境保護總局“關于開展重型汽車及其車用發(fā)動機環(huán)保生產一致性監(jiān)督管理公告”有關工作任務;配合和參與國家環(huán)保局或其它機構的專業(yè)技術活動(重型汽車環(huán)保專家委員會辦公室設在濟南汽車檢測中心)。

  為了進一步深入加強載貨汽車的環(huán)保管理工作,國家環(huán)保總局近兩年連續(xù)公布了一系列有關控制政策和標準等措施。

  2005年9月,國家環(huán)保總局委托濟南汽車檢測中心舉辦了載貨汽車排放標準宣貫會,會上介紹了我國機動車排放標準的制訂和實施情況,重點對重型汽車及發(fā)動機排放等多項標準進行了宣講和交流,此次會議為這些新標準的實施奠定了基礎。

  2006年,國家環(huán)保總局下發(fā)了第34號公告,發(fā)布了《汽油車雙怠速法排氣污染物測量設備技術要求》、《汽油車簡易瞬態(tài)工況法排氣污染物測量設備技術要求》、《汽油車穩(wěn)態(tài)工況法排氣污染物測量設備技術要求》和《柴油車加載減速工況法排氣煙度測量設備技術要求》等四項行業(yè)標準,同時指出,這些標準于2006年9月1日起正式實施。

  另外,國家環(huán)保總局還于2006年10月下發(fā)了《重型車用汽油發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)(征求意見稿)》。

  3. 國外經驗對我們的啟示

  縱觀全球的總體情況可以看出,世界各國都非常重視綠色汽車的研發(fā),在環(huán)保載貨汽車的排放要求和產品技術方面,做了大量卓有成效的工作,取得了可喜的進步。

  通過以上論述可以看出,歐美日這些國家和地區(qū)的許多做法值得我們借鑒,如堅持法規(guī)的原則性和權威性、加強達標發(fā)動機的認證管理和加大對違規(guī)發(fā)動機企業(yè)的懲罰力度、兼顧用戶的承受能力等。

  我國與其他國家的國情不同、管理體制不同,要在短時間里做到與國際汽車環(huán)保水平接軌,有關部門應結合具體國情進行開創(chuàng)性的管理;對率先生產、使用達標機的廠家和用戶,應在稅費方面給予優(yōu)惠,以資鼓勵;對不達標的產品堅決不予認證,對弄虛作假的企業(yè)及其產品給予經濟處罰,甚至訴諸法律;加強油品品質管理,堵住劣質油品流入市場的渠道等等。

  毫無疑問,環(huán)保標準的加快實施,必將有利于載貨汽車新品的問世和落后產品的淘汰。企業(yè)應按照新階段排放標準的要求,適時開發(fā)、實驗和做好產品認證,同時采取有效措施,大力降低生產成本,及時把“環(huán)境友好型”產品推向市場,以贏得良好的經濟效益和社會效益,緊緊把握科學的發(fā)展觀,為可持續(xù)發(fā)展和構建和諧社會貢獻力量。