随着车辆保有量的不断上涨,空气中的氮氧化物、碳氢化合物、碳氧化物和细颗粒等污染物的浓度也不断上升,对人类健康、大气和地球环境造成了极大的危害。为了保护环境,减少空气污染,不少国家纷纷出台车辆尾气排放标准,对尾气污染物的排放量做出了明确的限制,我国也不例外。
从全球范围看,排放标准主要分为“欧美日”三大体系,我国的排放标准主要沿用欧洲体系,是借鉴欧洲的车辆排放标准制定的。
自2001年实施国一标准开始,到现在全面实施国Ⅵ排放标准6b阶段,我国的车辆排放标准在二十余年的时间已经历经了五次变革与升级,今天就跟大荣车桥一起回顾下,我国尾气排放标准的升级过程,看一看各个阶段的排放标准是怎样的,对车辆技术又产生了怎样的影响。
一、国Ⅰ排放标准
时间:
早在1999年,北京就已经率先开始实施国家排放标准,到2001年4月16日,国家标准局正式颁布GB17691-2001《车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法》,也就是我国第一阶段机动车污染物排放标准(国Ⅰ),规定从2001年7月1日起全面实施。
排放要求:
国Ⅰ主要针对的是一氧化碳、氮氧化物,要求一氧化碳不得超过3.16g/km,碳氢化合物不得超过1.13g/km,其中柴油车的颗粒物标准不得超过0.18g/km,耐久性要求为50000km。
车辆技术:
国Ⅰ阶段实施的时候,国产重卡刚刚步入正轨,采用的还是传统的、主打“大功率和耐用”的自然吸气 机械式供油系统,机型相对单一,因此国Ⅰ的推行对于市场和主机厂并没产生太大的影响。
二、国Ⅱ排放标准
时间:
2004年全国范围内开始实施国Ⅱ排放标准,其中重型汽油车、重型燃气车的实施时间均为2004年9月1日,重型柴油车实施时间为2005年9月1日,轻型柴油车则为2006年7月1日。
排放要求:
汽油车一氧化碳不超过2.2g/km,碳氢化合物不超过0.5g/km,柴油车一氧化碳不超过1.0g/km,碳氢化合物不超过0.7g/km,颗粒物不超过0.08g/km。
车辆技术:
国Ⅱ阶段国内的柴油车较多采用的还是机械式供油,技术路线跟国Ⅰ阶段是一致的,只是将自然吸气变为涡轮增压,通过优化内部燃烧、提高燃油的喷射压力以及进气量,达到标准限值的要求。这种技术标准下,车辆劲大,维修便捷,可燃油燃烧不充分的问题依然存在,所以经常出现车辆冒黑烟的情况。
三、国Ⅲ排放标准
时间:
北京地区率先于2005年12月30日开始实施国Ⅲ排放标准,全国范围的国Ⅲ实施时间为:重型燃气车、重型柴油车为2008年7月1日,轻型柴油车为2009年7月1日,重型汽油车为2010年7月1日。
排放要求:
碳氢化合物不超过0.2g/km,一氧化碳不超过2.3g/km,碳氢化合物不超过0.15g/km,无新版PM的要求。
车辆技术:
国Ⅲ阶段的污染物排放总量相比国Ⅱ降低了40%左右,为了能达到最新的排放标准,车企对发动机和排气系统做了升级和改造,增加了车辆自诊断系统,三元催化系统也进行了升级,柴油机开始进入电控时代,取代了此前的机械大泵,供油系统由此前的“机械控制”进入到“电子控制”阶段。
可是由于早期的技术储备不足,不少车企需要从国外进口设备和产品,导致了生产成本的上涨;国内车后市的服务技术也跟不上,给车辆维修和保养造成了一定的影响。车主不愿意买单,因此更倾向于选择那些价格更便宜、外观和产品公告一致、排放量却不达标的国Ⅲ大泵车,也就是“假国Ⅲ”车辆。
四、国Ⅳ排放标准
时间:
按照规划,全国范围内推行的具体时间为:轻型柴油车2013年7月1日,重型汽油车2013年7月1日,重型燃气车2011年1月1日,重型柴油车2013年7月1日。
事实上,2013年7月1日只有部分试点区域开始严格实施国Ⅳ标准:北京、上海、广州、深圳、南京、乌鲁木齐、兰州等,全国范围内直到2015年1月1日才开始实施国Ⅳ排放标准。
排放要求:
碳氢化合物的排放值不超过0.1g/km,一氧化碳的排放值不超过1.0g/km,氮氧化合物的排放值不超过0.08g/km。基本上车辆在达到国Ⅲ标准的基础上再将污染物减少30%~50%才能达标。
车辆技术:
国Ⅳ阶段的柴油车辆在供油端技术路线上变化不大,主要是提高了燃油喷射压力,让发动机燃烧更充分,减少从发动机排至后处理系统中的污染物。
在后处理系统上,国Ⅳ车辆进行了升级,这也是与国Ⅲ车的最大区别,当时的升级方案主要有两种:一种是选择性催化还原(SCR)技术,通过车用尿素对尾气中的氮氧化物进行处理;另一种是废气再循环(EGR)技术,通过颗粒物捕捉器(DPF)或微粒催化器(DOC),对燃烧产生的微粒进行处理。
五、国Ⅴ排放标准
时间:
2013年9月17日,环保部发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》,自2013年9月份开始北京市在全国率先实施轻型车国Ⅴ排放标准;2017年7月1日起全国范围全面实施国Ⅴ排放标准。
排放要求:
国Ⅴ排放标准要求碳氢化合物排放数值为0.1g/km,一氧化碳排放数值为1.00g/km,碳氢化合物排放数值为0.060g/km,pm排放数值为0.0045g/km。其中氮氧化物排放量比国Ⅳ标准降低了25%,并新增了PM的排放限制,更加严格。
车辆技术:
国Ⅴ车辆技术上变化不大,主要是进行了进一步优化,供油系统以高压共轨技术为主,后处理系统也是以EGR和SCR为主。与国Ⅳ车辆的主要区别在于它们的控制策略和扭矩限制。
六、国Ⅵ排放标准
时间:
2018年6月22日,生态环境部、国家市场监督管理总局正式提出重型柴油车国Ⅵ排放标准实施时间,分为国Ⅵ a和国Ⅵ b两个阶段。
其中国Ⅵ a阶段,燃气车实施时间为2019年7月1日,城市车辆实施时间为2020年7月1日,2021年7月1日起所有车辆开始实施国Ⅵa阶段。国Ⅵ b阶段,燃气车实施时间为2021年1月1日,2023年7月1日起开始全面实施。
排放要求:
国Ⅵ a阶段:一氧化碳排放量不得超过700mg/km;非甲烷烃不得超过68mg/km;氮氧化物不得超过60mg/km;PM细颗粒物不能超过4.5mg/km;PN细颗粒物不能超过6x10^11mg/km。
国Ⅵ b阶段:一氧化碳排放量不得超过500 /km;非甲烷烃不得超过35mg/km;氮氧化物不得超过35mg/km;PM细颗粒物不能超过3mg/km;PN细颗粒物不能超过6x10^11mg/km。
车辆技术:
国Ⅵ阶段的车辆技术相比国Ⅴ时期提出了更高的要求,技术路线主要分成EGR和非EGR两种,其中EGR指的是涡轮增压 电控 高压共轨 中高EGR(中高废气再循环) DOC(柴油氧化催化器) POC(颗粒氧化催化转化器) SCR(选择性催化转化器),非EGR指的是涡轮增压 电控 高压共轨 DOC(柴油氧化催化器) SCR(高效选择性催化转化器),部分机型还增加了ASR(氨逃逸催化器)。
这两种路线的技术原理相同,都分为发动机和后处理系统两部分,其中后处理系统除了要控制氮氧化物的量以外,还要控制PM颗粒排放量,车辆不管在运营状态还是怠速、冷机等多种状态下所排放的尾气都必须要满足国家限值标准;发动机则需要与后处理系统协同工作,因此也增加了空气流量计、电控EGR、脉冲控制的涡轮增压器、节气门体等多种传感器和执行器。
为了达到政策的要求,车企的相关技术需要不断地更新迭代,每一次升级都是对研发实力的一次挑战。对于车主们来说,排放标准的收严往往意味着综合用车成本的上涨和车辆运营的受限。可我们需要认识到,排放标准升级是国际大趋势,尤其是在碳达峰、碳中和的大背景下,继续收严排放标准也是意料之中的事。
去年11月份欧洲第七阶段排放标准提案上线,有人打比方说“如果欧Ⅵ是给车辆戴了清洁口罩,那欧Ⅶ就等于空气净化器”,严苛程度可见一斑。我国的车辆排放标准起步较晚,一路都在追赶发达国家的脚步,至于会不会继续跟进欧Ⅶ,跟进的程度如何,恐怕还是个未知数。