我國輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)：從借鑒歐盟到自主創(chuàng)新的綠色進(jìn)階之路

我國自2000年開始實(shí)施輕型車第一階段排放標(biāo)準(zhǔn)，歷經(jīng)多個階段的發(fā)展變遷，從最初參考借鑒歐盟標(biāo)準(zhǔn)，到自主創(chuàng)建排放標(biāo)準(zhǔn)體系，再到如今立足大氣污染防控需求，謀劃第七階段排放標(biāo)準(zhǔn)，這一系列舉措不僅彰顯我國在環(huán)境保護(hù)方面的堅(jiān)定決心，也見證了汽車行業(yè)排放控制技術(shù)的不斷突破。

 

對標(biāo)歐盟：第一至第五階段的探索與發(fā)展

 

2000年以前，我國輕型車排放控制水平相對落后，輕型汽油車大多采用化油器式燃油供給系統(tǒng)，這種技術(shù)在控制尾氣排放方面存在諸多局限，使得汽車尾氣成為城市空氣污染的重要來源之一。2000年，我國正式實(shí)施輕型車第一階段排放標(biāo)準(zhǔn)，拉開了我國輕型車排放控制的帷幕。

 

輕型車第一階段排放標(biāo)準(zhǔn)全面參照歐盟模式，采用ECE15＋EUDC駕駛循環(huán)進(jìn)行排放測試。該實(shí)驗(yàn)雖以汽車?yán)鋯訛殚_端，但前40秒熱機(jī)怠速過程并不進(jìn)行排放采樣，40秒后才啟動采樣程序，實(shí)驗(yàn)總時長為1220秒，排放采樣時間1180秒。為實(shí)現(xiàn)這一階段污染控制目標(biāo)，我國汽車行業(yè)迎來重大變革，新生產(chǎn)的輕型汽油車開始摒棄化油器，轉(zhuǎn)而采用燃油噴射技術(shù)，并加裝含有鉑、銠、鈀等貴金屬的三效催化器，以有效凈化尾氣污染物。與此同時，為防止汽油中的鉛致使催化器和排氣氧傳感器中毒失效，我國大力推廣無鉛汽油，憑借高效舉措，成為全球從有鉛汽油向無鉛汽油切換速度最快的國家之一。與排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施前相比，汽油車排氣中的一氧化碳、總碳?xì)浠衔锖偷趸锱欧帕看蠓档停捣?0％。此外，第一階段排放標(biāo)準(zhǔn)還對燃油蒸發(fā)排放提出控制要求，汽車制造商必須安裝帶有活性碳罐的燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)。這一系列舉措不僅有效減少汽車尾氣污染，還極大推動我國汽車零部件產(chǎn)業(yè)在燃油供給系統(tǒng)、排放后處理系統(tǒng)等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。

 

到了第二階段（2005年），排放標(biāo)準(zhǔn)在限值上進(jìn)一步加嚴(yán)，碳?xì)浠衔锖偷趸锵拗到抵恋谝浑A段的一半左右。不過，在技術(shù)層面，除了要求汽車制造商更精準(zhǔn)地控制空燃比、采用轉(zhuǎn)化效率更高的三效催化劑外，并無實(shí)質(zhì)性技術(shù)突破。輕型車第二階段排放標(biāo)準(zhǔn)更多是在第一階段的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，以適應(yīng)更嚴(yán)格的排放要求。

 

2008年實(shí)施的第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)和測試環(huán)節(jié)均有重大變化。一方面，取消40秒熱機(jī)怠速不采樣的規(guī)定，發(fā)動機(jī)啟動后即刻進(jìn)行排放測試。為滿足這一要求，汽車制造商需采取專門的冷啟動排放控制策略，通常采用緊密耦合催化器，將其安裝在靠近發(fā)動機(jī)排氣出口的位置，以提高催化器進(jìn)口溫度，促使三元催化器盡快達(dá)到有效工作狀態(tài)。同時，對催化器本身的性能要求也大幅提升，需提高載體孔密度、增加貴金屬含量，從而提升催化器效率、降低起燃溫度；另一方面，輕型車第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)新增低溫冷啟動排放要求，規(guī)定輕型汽油車要在-7±3℃的環(huán)境下，按照ECE15循環(huán)進(jìn)行780秒的低溫冷啟動循環(huán)實(shí)驗(yàn)，一氧化碳和總碳?xì)浠衔锏呐欧畔拗捣謩e為15g/km和1.8g/km。此外，自該階段起，排放標(biāo)準(zhǔn)要求輕型車配備車載排放監(jiān)控系統(tǒng)（OBD），用于實(shí)時監(jiān)測催化轉(zhuǎn)換器效率下降、失火、氧傳感器故障、燃油蒸發(fā)系統(tǒng)故障、電控系統(tǒng)故障等與排放相關(guān)的問題。一旦檢測到故障，可通過駕駛室儀表盤上的OBD故障指示燈通知駕駛員及時維修，從而在車輛使用過程中及時發(fā)現(xiàn)并解決排放問題。

 

在輕型車第一至第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)中，要求汽車在8萬公里的有效壽命期內(nèi)保持排放達(dá)標(biāo)。到了第五階段，這一要求提高到16萬公里，以覆蓋大部分乘用車的使用壽命，進(jìn)一步保障車輛在長期使用過程中的低排放性能。

 

從第一階段到第五階段，我國在輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)制定上緊密對標(biāo)歐盟，通過不斷借鑒學(xué)習(xí)，結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況逐步完善標(biāo)準(zhǔn)體系。每一次排放標(biāo)準(zhǔn)升級，都成為推動汽車行業(yè)排放控制技術(shù)進(jìn)步的重要契機(jī)，也為后續(xù)自主標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

 

自主創(chuàng)新：第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)的突破與跨越

 

隨著我國對環(huán)境問題的關(guān)注度不斷提升，對輕型車排放控制提出了更為嚴(yán)格的要求。2016年12月23日，生態(tài)環(huán)境部頒布《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB18352.6-2016）。該標(biāo)準(zhǔn)的出臺，標(biāo)志著我國輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)邁入自主創(chuàng)新的全新階段。

 

與前5個階段不同，輕型車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)不再參照歐盟現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，而是基于我國環(huán)境空氣質(zhì)量控制的實(shí)際需求，自主構(gòu)建一套科學(xué)、全面的排放標(biāo)準(zhǔn)體系。該體系在多個方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破：一是遵循燃料中立原則，無論車輛使用汽油、柴油抑或是氣體燃料，均需滿足統(tǒng)一的排放限值，確保各類燃料汽車在排放控制環(huán)節(jié)的公平性與一致性；二是將排放測試循環(huán)由NEDC循環(huán)切換為更貼合實(shí)際駕駛場景的WLTC循環(huán)；三是新增實(shí)際道路排放（RDE）測試要求，有效彌補(bǔ)以往實(shí)驗(yàn)室測試與實(shí)際道路行駛排放之間的數(shù)據(jù)鴻溝；四是修訂燃油蒸發(fā)測試規(guī)程，延長晝間實(shí)驗(yàn)時間，以此提升測試準(zhǔn)確性；五是提高耐久性里程要求，進(jìn)一步保障車輛在長期使用過程中的排放性能；六是調(diào)整低溫冷啟動排放限值和測試循環(huán)，增加汽油車加油排放控制要求；七是大幅修訂OBD監(jiān)控要求，實(shí)現(xiàn)從EOBD到OBDⅡ的轉(zhuǎn)變。

 

具體來看，在冷啟動排放試驗(yàn)方面，輕型車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，排放試驗(yàn)需在23±5℃的環(huán)境下，按照WLTC循環(huán)進(jìn)行。WLTC循環(huán)包含低速段、中速段、高速段和超高速段，測試總時長1800秒，最高試驗(yàn)車速131.3km/h。相較于之前的測試循環(huán)，WLTC循環(huán)更能精準(zhǔn)模擬并真實(shí)反映實(shí)際駕駛工況。

 

值得一提的是，輕型車國六排放標(biāo)準(zhǔn)分為a、b兩個階段，分別于2020年7月1日和2023年7月1日實(shí)施。國六a階段氣體污染物排放限值與歐盟6e階段中汽油車限值相當(dāng)，且嚴(yán)于歐盟6e階段柴油車限值；國六b階段的限值標(biāo)準(zhǔn)則明顯嚴(yán)于同期實(shí)施的歐盟輕型車限值標(biāo)準(zhǔn)。為滿足嚴(yán)格的氣體污染物控制要求，三元催化器的技術(shù)規(guī)格大幅提升，載體目數(shù)達(dá)到600目及以上，對催化器的貴金屬含量、材料、涂敷工藝也提出更高要求。此外，鑒于輕型車國六排放標(biāo)準(zhǔn)對顆粒物質(zhì)量（PM）和數(shù)量（PN）設(shè)定了明確的限值要求，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)必須配備顆粒捕集器（GPF）才能滿足達(dá)標(biāo)條件。然而，在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，低溫環(huán)境下短行程用戶車輛的GPF再生面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這也促使汽車行業(yè)正積極探索切實(shí)可行的解決方案。

 

實(shí)際道路排放試驗(yàn)（RDE）是輕型車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)的核心亮點(diǎn)之一。受“大眾柴油車排放門”事件影響，我國加快推進(jìn)實(shí)際道路排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。RDE實(shí)驗(yàn)要求在具有代表性的市區(qū)、市郊和高速路段進(jìn)行，每類路段測試最小長度為16公里。在實(shí)驗(yàn)過程中，利用車載排放測試設(shè)備實(shí)時記錄污染物濃度和排氣流量，最終計(jì)算出車輛每公里的污染物排放量。綜合考慮我國氣象地理特點(diǎn)和車載排放測量設(shè)備使用要求，RDE實(shí)驗(yàn)將環(huán)境溫度范圍設(shè)定為-7℃—40℃，海拔高度上限為2400米。這一要求促使汽車制造商擴(kuò)大排放控制區(qū)的標(biāo)定范圍，從以往僅關(guān)注實(shí)驗(yàn)室特定工況，轉(zhuǎn)變?yōu)楦采w實(shí)際道路所有工況點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際道路排放管理的重大跨越。

 

在蒸發(fā)污染物和加油排放要求方面，鑒于汽油車燃油蒸發(fā)和加油排放已逐漸成為城市大氣中VOCs（揮發(fā)性有機(jī)化合物）的主要來源，輕型車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步強(qiáng)化控制措施，燃油蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)需在蒸發(fā)密閉室中進(jìn)行。雖然晝夜溫度變化區(qū)間仍維持在20—35℃，但晝間試驗(yàn)時間從24小時延長至48小時，模擬連續(xù)兩晝夜的燃油蒸發(fā)排放，且晝間試驗(yàn)與1小時熱浸試驗(yàn)結(jié)果之和不得超過0.7g，相較于第五階段的2g限值大幅降低。為滿足這一要求，汽車需增大碳罐容積，采用吸附和脫附性能更優(yōu)的活性炭，并優(yōu)化脫附策略。同時，輕型車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)要求新生產(chǎn)汽油車配備車載油氣回收裝置（ORVR），以控制加油過程產(chǎn)生的揮發(fā)污染，規(guī)定加油過程中產(chǎn)生的蒸發(fā)污染物不得超過0.05g/L（燃油）。

 

此外，OBD監(jiān)測要求在輕型車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)中也得到全面升級。該階段不再沿用EOBD的技術(shù)框架，而是參考美國加州CARB OBDⅡ的成功經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建中國自主OBD（COBD）技術(shù)規(guī)范。該規(guī)范不僅加嚴(yán)對催化劑效率、發(fā)動機(jī)失火的診斷標(biāo)準(zhǔn)，還新增燃油蒸發(fā)系統(tǒng)小孔泄漏（1mm和0.5mm）診斷等多項(xiàng)內(nèi)容，對各項(xiàng)診斷的要求更加明確具體，并提出診斷監(jiān)測頻率（IUPR率）要求。此外，輕型車國六排放標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定量產(chǎn)車OBD功能驗(yàn)證（PVE）的3個階段：標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證要求生產(chǎn)企業(yè)在車型生產(chǎn)后的兩個月內(nèi)完成，確保所有車輛滿足COBD中關(guān)于AE J1978掃描工具與排放相關(guān)信息的正確通訊要求；監(jiān)測要求驗(yàn)證需在開始正常生產(chǎn)后的6個月內(nèi)進(jìn)行，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)對1輛或多輛量產(chǎn)車輛的OBD系統(tǒng)進(jìn)行全面評估，以驗(yàn)證車型能否滿足COBD的各項(xiàng)功能要求；IUPR率的驗(yàn)證和報(bào)告在車輛開始正常生產(chǎn)后12個月內(nèi)開展，生產(chǎn)企業(yè)需按要求收集代表該OBD系族的IUPR率，驗(yàn)證其是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

 

輕型車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，有力推動了我國輕型車排放控制技術(shù)的跨越式發(fā)展，使我國在輕型車排放控制領(lǐng)域逐步走向世界前列，為改善國內(nèi)空氣質(zhì)量發(fā)揮重要作用。

 

第七階段及后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的愿景與挑戰(zhàn)

 

我國輕型車已經(jīng)成功實(shí)施了第一階段到第六階段的排放法規(guī)，排放控制技術(shù)也由第一階段前的以化油器、機(jī)內(nèi)凈化為主，迅速切換到理論空燃比閉環(huán)電控結(jié)合三效催化器的排放控制階段。并且隨著法規(guī)的不斷加嚴(yán)，三效催化器自身技術(shù)也不斷進(jìn)步，載體目數(shù)也由原來的200—300目發(fā)展到目前600目以上，催化轉(zhuǎn)換效率持續(xù)提高，從最初僅以控制汽油車氣體污染物為主，逐步過渡到氣體污染物和顆粒物質(zhì)量、數(shù)量的聯(lián)合控制，顆粒捕集器已成為輕型柴油車和缸內(nèi)直噴汽油車必備的排放控制裝置。除排氣排放控制要求不斷加嚴(yán)以外，排放標(biāo)準(zhǔn)也不斷加嚴(yán)對燃油蒸發(fā)、加油過程產(chǎn)生污染物的排放要求。

 

目前我國正在制定第七階段排放標(biāo)準(zhǔn)，第七階段排放標(biāo)準(zhǔn)除在原來基礎(chǔ)上繼續(xù)加嚴(yán)污染物控制，還將引入對CO2的排放控制要求，實(shí)現(xiàn)對污染物和溫室氣體的協(xié)同控制。

 

作者系北京理工大學(xué)教授