隨著國際《京都議定書》的正式生效,歐洲汽車產業希望借助“歐5”和隨后的“歐6”,利用歐洲柴油車在節能和限污方面的成熟技術,振興歐洲汽車工業并使其保持世界領先地位并完全壟斷環保節能發動機的科學先進技術。我國是《京都議定書》的簽約國,無論從政治還是從政績上考量,中國政府必須要履行對全世界的承諾,用二分之一的時間,走完歐盟(加上美日)從歐州汽車排放標準I號到V號或歐VI的二十多年實施階段時間,以高度體現中國發展速度與政治上極端高度性。
根據今年年初國務院常務會議的安排,今年6月底前將發布第五階段車用柴油標準(硫含量不大于10ppm),今年年底前將發布第五階段車用汽油標準(硫含量不大于10ppm),過渡期均至2017年底。第五階段機動車排放標準,已經走完了所有的程序,很快即將對外發布。”環保部官員表示,“標準發布之后并不會即刻實施,因為新標準的實施需要一個準備實施期,通常這一準備期為三五年時間。”該官員解釋,汽車排放標準的實施,必須油品先行。
因此,對新標準實施最為重要的是,油品供應企業必須充分準備,保證能向用戶提供與排放標準相配套的國五油品,同時,汽車制造廠家也要研發生產符合這一新排放標準的汽車,用戶也要等政府的補貼政策才能決定是否淘汰舊車。
2015年經國務院批準,自2013年2月1日起,北京市在全國率先開始執行北京第五階段機動車排放標準。在國務院提出的十條措施中,第七條措施為,用法律、標準倒逼產業轉型升級,其中包括一項重要內容,制定、修訂重點行業排放標準。
A、何為汽車排放標準? 目前,世界汽車排放標準并立,分為歐洲、美國、日本標準三大體系。歐洲標準測試要求相對而言比較寬泛,是發展中國家大都沿用的汽車尾氣排放體系,而日美最為嚴格。中國汽車大多數系從歐洲引進生產技術,因此大體上采用歐洲標準體系,其尾氣排放標準也是延用歐標體系。
汽車排放標準,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。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)有害氣體。它們都是發動機在燃燒作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。
為了抑制這些有害氣體的產生,促使汽車生產廠家改進產品以降低這些有害氣體的產生源頭,歐洲和美國都制定了相關的汽車排放標準。其中歐洲標準是我國借鑒的汽車排放標準,目前,國產新車都會標明發動機廢氣排放達到的歐洲標準。
歐洲標準是由歐洲經濟委員會(ECE)的排放法規和歐共體(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(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(歐Ⅱ型式認證和生產一致性排放限值)、2000年起開始實施歐Ⅲ(歐Ⅲ型式認證和生產一致性排放限值)、2005年起開始實施歐Ⅳ(歐Ⅳ型式認證和生產一致性排放限值)。
B、歐IV排放技術 歐洲排放標準:歐0階段:采用純機械式的供油系統(燃油泵或柴油泵)和自然吸氣技術。 歐Ⅰ階段:在歐0發動機的機械供油系統(燃油泵)基礎上,主要輔以廢氣渦輪增壓技術。
歐Ⅱ階段:在歐Ⅰ發動機平臺上適當改進,主要輔以廢氣渦輪增壓(水空)中冷技術或廢氣渦輪增壓中冷技術, 供油系統沒有本質變化。
歐Ⅲ階段:對歐II發動機平臺進行重大升級,主要是供油系統發生了本質變化,實現了供油系統由機械式控制向電子控制的轉化,主要技術路線包括電控泵噴嘴、電控高壓共軌、電控單體泵和電控H泵+EGR。EGR(廢氣再循環)技術主要是針對有害氣體(NOx) 設置的排氣凈化裝置,它將一部分排氣循入進氣管與新鮮空氣混合后進入氣缸燃燒,以增加混合氣的熱容量,降低燃燒時的最高溫度,抑制NOx的生成。
歐Ⅳ階段:在該階段,PM與NOx的排放都做了進一步限制,其技術路線是在歐Ⅲ發動機基礎上,供油系統沒有本質變化,主要是采取一系列機內凈化技術如提高供油系統的控制靈敏性和壓力,燃燒室和進氣等進一步優化,并綜合使用機外凈化(后處理)技術。機外凈化(后處理)技術目前主要有兩條技術路線:一種是SCR(選擇性催化還原)技術,通過機內凈化PM,機外催化還原;另一種是EGR(廢氣再循環)+DPF(微粒捕集器)+DOC(氧化催化轉換器)技術,通過機內凈化降低NOx,機外通過微粒捕捉器過濾PM。
歐Ⅴ階段:在該階段,對PM的要求與歐Ⅳ相同,僅對NOx的排放做了進一步限制。其技術路線在歐Ⅳ發動機基礎上,根據歐Ⅳ階段采取的技術路線的不同,進行相應的調整。采用SCR技術的發動機相對容易,只需要進行部分配件和電控參數上的局部調整,而采用EGR技術的發動機則需要在油泵等管路上進行重新設計。
歐美主要采用了兩條機外后處理技術路線:
1、SCR (選擇性催化還原) 技術路線,通過優化噴油和燃燒過程,盡量在機內控制微粒的產生,在機外后處理過程,采用尿素溶液對NOx進行選擇性催化還原。采用該技術路線的主要有康明斯、馬克、底特律柴油發動機、戴姆勒克萊斯勒、沃爾沃、達夫、依維柯。
2、EGR+DPF/DOC (廢氣再循環+微粒捕集器/氧化催化轉換器)技術路線,它以廢氣再循環為基礎,在機內抑制NOx的產生,在機外后處理過程中采用微粒捕集器對微粒進行捕捉。目前,采用該技術路線的主要有康明斯、卡特彼勒、萬國、斯堪尼亞、曼等。
采用SCR方案,對發動機不須做進一步的強化處理。燃油中的硫含量對于系統的影響較小,可回避燃油含硫量高的難題。采用SCR方案可通過調整噴油特性而節省燃油消耗約5%,整車需增加一套尿素貯存和轉化裝置而使成本增加。采用EGR+ DPF/DOC方案需對原發動機進行強化,提高噴油壓力和增壓中冷能力。在歐洲主要以SCR技術占主流,而在北美卻以EGR+DPF為主流。當前,國內主流卡車廠家國Ⅳ機型及所采用的技術路線比較認可SCR技術路線。
C、國四排放技術 目前,在我國常用的歐Ⅰ和歐V標準等術語,是指當年EEC頒發的排放指令。例如適用于重型柴油車(質量大于3.5噸)的指令“EEC88/77”分為兩個階段實施,階段A(即歐Ⅰ)適用于1993年10月以后注冊的車輛;階段B(即歐Ⅱ)適用于1995年10月以后注冊的車輛。汽車排放的歐洲法規(指令)標準的內容包括新開發車的型式認證試驗和現生產車的生產一致性檢查試驗,從歐Ⅲ開始又增加了在用車的生產一致性檢查等等。
查閱有關資料表明,汽車排放的歐洲法規(指令)標準的計量是以汽車發動機單位行駛距離的排污量(g/km)計算,因為這對研究汽車對環境的污染程度比較合理。同時,歐洲排放標準將汽車分為總質量不超過3500公斤(輕型車)和總質量超過3500公斤(重型車)兩類。輕型車不管是汽油機或柴油機車,整車均在底盤測功機上進行試驗。重型機由于車重,則用所裝發動機在發動機臺架上進行試驗。