欧美排放标准是“殊途同归”

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当我们准备借鉴美国加州实施更为严格的机动车排放标准时,有人担心会形成新的技术壁垒和进口美国关键零部件的问 题。笔者认为,由于我们是追赶者,无论是轻型车还是重型车,所有的技术路线和相应零部件都是公开的和现成的,而且无论欧洲标准还是美国标准,只是工况、限 值和管理方法有所不同,但是它们对应的技术路线却是基本一致的,因此不存在新的技术壁垒和进口美国关键零部件的问题。

排放法规是推动汽车技术进步极其重要的手段,因此,制定排放法规一个重要的准则,便是引导甚至强制最好的排放控制技术,尽管排放法规本身也许没有明确强制特定的排放控制技术。

从欧Ⅵ和美国2010重型发动机排放法规不难看出,排放技术在“殊途同归”。达到欧Ⅵ和美国2010重型发动 机排放法规,必须选择目前降低颗粒物排放最好的技术,即微粒捕集器(DPF);同时,采取降低NOx排放最好的手段,即选择性催化还原(SCR)。当然, 满足未来燃油消耗法规,也为了产品在市场更有竞争力,先进的发动机技术,比如高压共轨燃油系统、复合涡轮增压等,已经非常普及。稍微不同的是欧Ⅵ的NOx 限值较美国2010高,因此欧Ⅵ可以通过提高SCR控制精度从而大大降低EGR率,甚至可能完全没有EGR。相反,美国2010的NOx限值低,完全没有 EGR在目前的技术上有难度。由于重型柴油机的主要排放物是NOx和颗粒物,因此,不难预见,北京市和中国未来的排放法规,无论排放限值是多少,采取什么 样的工况,将毫无疑问地强制最好的排放控制技术,即同时采用DPF和SCR。

再来比较欧Ⅳ、欧Ⅴ和美国2007重型发动机排放标准。欧Ⅳ和欧Ⅴ,由于颗粒物限值比较高,因此在采用了先进 的发动机技术之后,用SCR技术可以满足NOx和颗粒物的限值。这个技术路线有较好的燃油经济性,这与欧洲燃油价格高,追求节油效果的思路是一脉相承的。 当然,欧Ⅳ、欧Ⅴ的发动机,为了满足欧Ⅵ,需要在发动机设计上做比较多的改动。相反,美国2007法规的颗粒物限值非常低,DPF是满足法规的惟一途径。 该技术路线需要用比较高的EGR率达到机内净化NOx的目的。这个技术路线,在满足美国2010法规时,发动机本身的改动不多(当然需要降低EGR率以改 善燃油经济性),增加SCR以满足非常苛刻的NOx限值要求。美国2007法规首先解决PM的问题,其中重要原因是,在排放法规最严格的加州,PM排放是 首要的控制目标,这和加州多年来对所有柴油发动机做强制在用车PM控制技术改造是一致的。其实,在欧洲的欧Ⅳ、欧Ⅴ阶段,也有采取EGR和DPF技术满足 法规要求的。从满足排放法规的历史看,所谓的技术路线,并非是绝对的,这恰恰体现了技术的多元性和创造性。

再以轻型汽车欧Ⅳ、欧Ⅴ、欧Ⅵ和相应美国标准为例。汽油车基本上都是在多气门汽油发动机 综合控制的发动机管 理系统 紧凑耦合型三效催化转化器/前置双催化转化器 车载诊断系统 废气再循环基础上,进一步优化汽车空燃比控制 优化三效催化转化器配方 增加贵金属 含量来达到相应标准的;轻型柴油车在欧Ⅳ、欧Ⅴ时要加DPF,在欧Ⅵ和美国Tier2 Bin5阶段也基本上需要EGR DPF和降低NOx的催化剂(SCR或者LNT)同时上车配置才能满足标准。

在排放控制的主体技术上,欧洲和美国基本上趋同。当然,有两个重要的差异,需要引起我们的关注。

一个差异是汽油车蒸发排放控制,美国比欧洲严格得多。深究这种差异,无非有两个主要原因。首先,从地理位置 看,欧洲的纬度比美国高,也就是说美国比欧洲总体上热。我们知道,蒸发排放随温度上升而增加,因此如果不严格控制,美国的蒸发排放将比欧洲高。这就是美国 采取严格的ORVR主要原因。其次,欧洲大概有60%左右的轻型车为柴油车,而美国98%以上的轻型车为汽油车。由于蒸发排放主要来源于汽油车,因此美国 严格控制蒸发排放就不足为奇了。再看中国,地理位置基本上和美国相当,因此采取ORVR技术严格控制蒸发排放,将是我们治理雾霾的必然选择。

另一个差异,是欧洲在欧Ⅴ第二阶段之后有颗粒物数量(PN)的限值,这个限值在2017年下降为每公里 6X1011,而美国到了第三阶段(加州LEV III,美国Tier 3)依然没有PN限值。因此许多人认为,欧洲的法规比美国严格。欧美的法规专家认为,欧洲在制定重型发动机欧Ⅳ、欧Ⅴ标准时,有些失算。本来以为ETC工 况下0.03g/kW-hr将强制DPF,但是由于主机厂普遍采用了高压共轨技术,发动机的PM大大降低,因此用SCR可以满足欧Ⅳ和欧Ⅴ,这就有违于强 制DPF的初衷。增加PN限值,将毫无疑问地强制DPF,而且直喷汽油车为了达到PN限值要求,将很可能采用GPF技术。至于美国Tier 3,虽然没有PN限值,但是1mg/英里的PM限值,极有可能强制直喷汽油车使用GPF。因此从最严格的轻型车排放法规角度看,也同样可以得出结论,尽管 有差异,欧洲和美国也可以说殊途同归。它们的另一个共同特点是利用排放法规强制最好的排放控制技术,在达到治理空气污染目标的同时,推动技术进步。

(作者系北京市环保局机动车排放管理处处长)

 
 
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