歐盟重型車排放法規(guī)研究

文/毛賽龍

【機(jī)動(dòng)車專欄】

歐盟重型車排放法規(guī)研究

文/毛賽龍

我國(guó)已成為重型汽車的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。如何實(shí)現(xiàn)我國(guó)空氣質(zhì)量目標(biāo)，降低重型汽車排放的研究尤為緊迫。本文對(duì)最新的歐盟重型汽車排放法規(guī)主要技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展、測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備的新要求進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，希望能對(duì)我國(guó)相關(guān)減排領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作開展提供一些幫助。

重型車 排放標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)已成為重型汽車的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)減排，降低對(duì)空氣的污染，重型汽車相關(guān)法規(guī)的研究已是十分迫切。在歐盟、美國(guó)和日本三大汽車相關(guān)的法規(guī)體系中，歐盟法規(guī)與我國(guó)國(guó)情相適應(yīng)，對(duì)其展開的研究將有利于推動(dòng)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)把握檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

一、歐盟重型車排放法規(guī)簡(jiǎn)介

歐盟重型車排放法規(guī)的發(fā)展與歐盟環(huán)境保護(hù)立法的日益嚴(yán)格息息相關(guān)。2002年7月22日，歐洲議會(huì)和理事會(huì)頒布1600/2002/EC號(hào)決議并通過(guò)了第六屆歐共體環(huán)境行動(dòng)計(jì)劃。該計(jì)劃旨在降低大氣環(huán)境污染，從而最大程度地減少其對(duì)人類健康的危害，而且該計(jì)劃還特別關(guān)注“敏感人群”。為此，歐共體立法機(jī)構(gòu)專門制定了與人類健康目標(biāo)相適應(yīng)的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。繼2001年5月4日的“歐洲潔凈空氣計(jì)劃（CAFE）”之后，歐盟委員會(huì)于2005年9月21日通過(guò)了另一項(xiàng)環(huán)境保護(hù)計(jì)劃“空氣污染主題戰(zhàn)略”，其中一個(gè)結(jié)論是進(jìn)一步從交通部門（航空、海運(yùn)和陸運(yùn)）、家庭和能源、農(nóng)業(yè)和工業(yè)部門減少大氣污染物排放，以實(shí)現(xiàn)歐盟的空氣質(zhì)量目標(biāo)。

基于上述背景，減少車輛尾氣排放已成為實(shí)現(xiàn)歐盟空氣質(zhì)量目標(biāo)整體戰(zhàn)略的組成部分。在空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)下，車輛環(huán)保技術(shù)也在車輛減排指標(biāo)的壓力下不斷地發(fā)展，兩者共同推動(dòng)了排放法規(guī)的實(shí)施。

當(dāng)前，歐盟重型車排放法規(guī)是2013年生效的歐VI階段法規(guī)：595/2009/EC。與V階段法規(guī)2005/55/EC相比，595/2009/EC（含修訂文件）在排放限值、測(cè)試工況、被控污染物質(zhì)（如NH3、顆粒物數(shù)量（PN））、車載診斷系統(tǒng)（OBD）、耐久性等技術(shù)內(nèi)容方面都有新的要求。這些變化標(biāo)志著排放法規(guī)日益嚴(yán)格、趨于合理，與車輛在道路上的真實(shí)排放情況更為接近。對(duì)于國(guó)內(nèi)法規(guī)而言，歐盟重型車排放法規(guī)具備良好的借鑒意義。歐盟重型車排放法規(guī)近期的修訂及版本更替情況詳見表1。

表1 歐盟重型車排放法規(guī)

二、歐盟重型車排放法規(guī)的最新技術(shù)要求

在技術(shù)內(nèi)容方面，本文主要對(duì)被控污染物種類及限值的變化、測(cè)試工況的變化、PN、OBD、耐久性等主要技術(shù)要求及相關(guān)測(cè)試方法進(jìn)行歸納總結(jié)，具體如下：

表2 歐VI階段排放限值 mg/kWh

由表2可知，在測(cè)試工況更替的基礎(chǔ)上，歐VI的排放限值較歐V進(jìn)一步降低，且新增了NH3和PN兩個(gè)排放限值指標(biāo)。上述變化對(duì)重型發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架工況的排放測(cè)試方法及測(cè)試設(shè)備提出了更新更高的要求，特別是在氣體分析單元的精度、稀釋采樣方法、顆粒物采樣方法、背景氣體的處理等方面。

595/2009/EC第（16）條規(guī)定：歐盟委員會(huì)應(yīng)在排放相關(guān)的型式核準(zhǔn)試驗(yàn)中逐漸采納全球協(xié)調(diào)測(cè)試工況。ECE R49 r5e Annex 4B第7.2條對(duì)全球協(xié)調(diào)測(cè)試工況WHTC和WHSC的歸一化轉(zhuǎn)速和扭矩進(jìn)行了具體的定義。582/2011/EU第（11）條規(guī)定：依據(jù)595/2009/EC的Article 12（2）的技術(shù)內(nèi)容，582/2011/EU首次正式發(fā)布了基于WHTC和WHSC工況的排放限值。綜上可知：在歐VI階段，WHTC&WHSC工況將分別替代歐洲瞬態(tài)測(cè)試循環(huán)（ETC）&歐洲穩(wěn)態(tài)測(cè)試循環(huán)（ESC）成為歐盟重型發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)排放測(cè)試工況。

WHTC和WHSC工況充分考慮了世界各地的道路情況、各種類型車輛的行駛特征，具有較好的代表性，特別是對(duì)城區(qū)低速低負(fù)荷工況。其工況的定義詳見表1中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。它與原測(cè)試工況間的差異，以WHTC和ETC為例，詳見表3；WHTC采用冷熱啟動(dòng)相結(jié)合的方式，有相應(yīng)的冷機(jī)要求和浸機(jī)要求，詳見表4。

表3 WHTC和ETC工況特征的差異 %

表4 WHTC工況的冷機(jī)要求及浸機(jī)要求

在測(cè)試工況變更的情況下，排放測(cè)試流程也存在相應(yīng)的調(diào)整。WHTC&WHSC工況下的測(cè)試流程詳見圖1。

圖1 排放測(cè)試流程（WHTC&WHSC）

PN相關(guān)的技術(shù)要求首次出現(xiàn)在595/2009/EC中。595/2009/EC第14條和第15條規(guī)定：為保護(hù)環(huán)境和人類健康（尤其是保護(hù)對(duì)大氣環(huán)境敏感的人群），控制極細(xì)微顆粒物（粒徑為0.1 μm以下）的排放，歐盟委員會(huì)立法建議在傳統(tǒng)的質(zhì)量法之外，賦予法律針對(duì)顆粒物排放采用基于限制PN的方法來(lái)控制車輛顆粒物排放的權(quán)力。PN的測(cè)試方法應(yīng)在PMP－UN/ECE的研究基礎(chǔ)上建立和獲得各方的認(rèn)可，并設(shè)定恰當(dāng)?shù)腜N限值，確保其與歐盟的環(huán)保目標(biāo)相適應(yīng)，反映出當(dāng)前道路車輛顆粒物減排技術(shù)的最高水平。

同時(shí)595/2009/EC－Article12中第1條規(guī)定：歐盟委員會(huì)應(yīng)盡快確立PN的限值要求，該要求應(yīng)與滿足當(dāng)前顆粒物排放要求的技術(shù)路線相適應(yīng)；歐盟委員會(huì)應(yīng)采納一種測(cè)量PN的測(cè)試程序。

ECE R49 Revision 5－amendment1（PN測(cè)試程序）文件中，歐盟委員會(huì)對(duì)重型發(fā)動(dòng)機(jī)PN的測(cè)試方法、測(cè)試設(shè)備及測(cè)試系統(tǒng)配置等給出了具體的技術(shù)要求；PN的限值要求、實(shí)施日期等在標(biāo)準(zhǔn)582/2011/EU中已正式發(fā)布，詳見表1。

①PN測(cè)試對(duì)象

歐盟法規(guī)對(duì)PN的測(cè)試對(duì)象并無(wú)成文的定義，但依據(jù)PN測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備的原理及其設(shè)計(jì)參數(shù)可推定PN測(cè)試對(duì)象具備如下2個(gè)要素：

a)被測(cè)顆粒物的粒徑是在一定范圍之內(nèi)的，是有選擇性的，一般來(lái)說(shuō)是從23 nm～2.5 μm；

b)被測(cè)顆粒物應(yīng)為“固態(tài)顆粒物”，在PN測(cè)試之前需進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理來(lái)去除其中的可揮發(fā)性顆粒物。

②PN測(cè)試系統(tǒng)的組成

歐盟法規(guī)認(rèn)可的PN測(cè)試系統(tǒng)分為全流稀釋采樣和部分流稀釋采樣兩類，相應(yīng)的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖詳見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。兩類系統(tǒng)對(duì)氣體的處理及分析則大同小異。系統(tǒng)主要由稀釋通道（DT）、顆粒物采樣和傳輸系統(tǒng)（PTS）、顆粒物分離器（PCF）、揮發(fā)性顆粒物去除器（VPR（PND1+ET+PND2））、顆粒物計(jì)數(shù)器（PNC）組成。

③PN測(cè)試的關(guān)鍵問(wèn)題

表5 PN測(cè)試的關(guān)鍵問(wèn)題

595/2009/EC第（18）條規(guī)定：OBD系統(tǒng)在車輛使用期間對(duì)排放的控制起著重要的作用；基于其對(duì)控制真實(shí)排放的重要性，歐盟委員會(huì)應(yīng)持續(xù)審查和修訂與OBD系統(tǒng)技術(shù)要求。582/2011/EUANNEX X和ECER49ANNEX9對(duì)OBD的技術(shù)要求及相關(guān)測(cè)試方法進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。

歐盟法規(guī)對(duì)OBD的技術(shù)要求基本體現(xiàn)在ECE R49中，與全球統(tǒng)一的道路車輛車載診斷系統(tǒng)技術(shù)法規(guī)（WWH－OBD（GTR））相一致。OBD系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式可分為如下3類：部件監(jiān)測(cè)、性能閾值監(jiān)測(cè)、排放閾值監(jiān)測(cè)，詳見表6。為了評(píng)價(jià)OBD監(jiān)測(cè)的運(yùn)行情況，歐盟法規(guī)引入了在用監(jiān)測(cè)頻率（IUPR）指標(biāo)，通過(guò)在用監(jiān)測(cè)事件潛在數(shù)量與在用監(jiān)測(cè)事件實(shí)際數(shù)量之間的比值，量化OBD系統(tǒng)的在用性能。IUPR最低為10%。同時(shí)OBD系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測(cè)其自身的部件。

表6 OBD系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法

595/2009/ECArticle1規(guī)定重型車排放法規(guī)應(yīng)涵蓋排放控制系統(tǒng)耐久性技術(shù)要求；582/2011/EUANNEXVII和ECER49 ANNEX7對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性技術(shù)要求及測(cè)試方法進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。耐久性技術(shù)要求的最新變化主要體現(xiàn)在耐久里程上，詳見表7。

歐VI要求報(bào)告發(fā)動(dòng)機(jī)的CO2排放水平及燃油經(jīng)濟(jì)性（FE）。相比于FE，歐盟更加關(guān)注CO2排放。CO2排放和燃油消耗均通過(guò)WHSC和WHTC工況來(lái)確定，采用NDIR法，試驗(yàn)結(jié)果采用比排放和比油耗的形式給出（g/kWh）。CO2排放的測(cè)量可采用直接采樣和稀釋采樣兩種方式，其中稀釋采樣的情況下需依據(jù)稀釋比進(jìn)行CO2背景濃度的修正。對(duì)于WHTC工況，比排放的確定需進(jìn)行冷熱啟動(dòng)循環(huán)的加權(quán)計(jì)算。

表7 耐久性要求和試驗(yàn)規(guī)定 103km

燃油消耗量的測(cè)量需使用質(zhì)量流量計(jì)，如質(zhì)量流量傳感器等。燃油消耗量的確定是通過(guò)整個(gè)循環(huán)工況對(duì)瞬態(tài)油耗數(shù)值的積分獲得的。對(duì)于WHTC工況，比油耗的確定需進(jìn)行冷熱啟動(dòng)循環(huán)的加權(quán)計(jì)算。

三、歐盟排放法規(guī)對(duì)我國(guó)相關(guān)法規(guī)的影響

了解歐盟相關(guān)的排放法規(guī)的發(fā)展歷程對(duì)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的修訂有著積極的意義。特別是在當(dāng)前霧霾天氣頻發(fā)，空氣質(zhì)量飽受國(guó)人關(guān)注的背景下，相關(guān)職能部門也在積極研究，擇優(yōu)采納。如針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架排放與實(shí)車排放可能存在的差異，相關(guān)部門已嘗試性地推進(jìn)WHTC工況的應(yīng)用等。從某種程度上，通過(guò)對(duì)歐標(biāo)的借鑒，可進(jìn)一步縮小我國(guó)與歐盟地區(qū)排放控制水平的差異。篇幅所限，本文對(duì)歐盟法規(guī)中限制非循環(huán)排放（OCE）、車載排放測(cè)試等技術(shù)趨勢(shì)暫未提及，對(duì)法規(guī)升級(jí)所帶來(lái)的測(cè)試技術(shù)需求的解析存在進(jìn)一步深入的空間。

China has become the major production and consumption country of the heavy-duty vehicle.HD vehicle emission control research becomes highly important in order to reach the current air quality target.This paper gives a brief introduction about the EU heavy duty vehicle emission regulations,which includes the latest update of the detailed technical specifications,as well as the new requirements for test procedure and the test equipment.Hope it will offer some help to the standardization work in the emission control related areas.

Heavy duty vehicle;Emission regulation;Latest update

（作者單位：上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心）