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隨著車輛保有量的不斷上漲,空氣中的氮氧化物、碳氫化合物、碳氧化物和細顆粒等污染物的濃度也不斷上升,對人類健康、大氣和地球環境造成了極大的危害。為了保護環境,減少空氣污染,不少國家紛紛出臺車輛尾氣排放標準,對尾氣污染物的排放量做出了明確的限制,我國也不例外。
從全球范圍看,排放標準主要分為“歐美日”三大體系,我國的排放標準主要沿用歐洲體系,是借鑒歐洲的車輛排放標準制定的。
自2001年實施國一標準開始,到現在全面實施國Ⅵ排放標準6b階段,我國的車輛排放標準在二十余年的時間已經歷經了五次變革與升級,今天就跟大榮車橋一起回顧下,我國尾氣排放標準的升級過程,看一看各個階段的排放標準是怎樣的,對車輛技術又產生了怎樣的影響。
一、國Ⅰ排放標準
時間:
早在1999年,北京就已經率先開始實施國家排放標準,到2001年4月16日,國家標準局正式頒布GB17691-2001《車用壓燃式發動機排氣污染物排放限值及測量方法》,也就是我國第一階段機動車污染物排放標準(國Ⅰ),規定從2001年7月1日起全面實施。
排放要求:
國Ⅰ主要針對的是一氧化碳、氮氧化物,要求一氧化碳不得超過3.16g/km,碳氫化合物不得超過1.13g/km,其中柴油車的顆粒物標準不得超過0.18g/km,耐久性要求為50000km。
車輛技術:
國Ⅰ階段實施的時候,國產重卡剛剛步入正軌,采用的還是傳統的、主打“大功率和耐用”的自然吸氣+機械式供油系統,機型相對單一,因此國Ⅰ的推行對于市場和主機廠并沒產生太大的影響。
二、國Ⅱ排放標準
時間:
2004年全國范圍內開始實施國Ⅱ排放標準,其中重型汽油車、重型燃氣車的實施時間均為2004年9月1日,重型柴油車實施時間為2005年9月1日,輕型柴油車則為2006年7月1日。
排放要求:
汽油車一氧化碳不超過2.2g/km,碳氫化合物不超過0.5g/km,柴油車一氧化碳不超過1.0g/km,碳氫化合物不超過0.7g/km,顆粒物不超過0.08g/km。
車輛技術:
國Ⅱ階段國內的柴油車較多采用的還是機械式供油,技術路線跟國Ⅰ階段是一致的,只是將自然吸氣變為渦輪增壓,通過優化內部燃燒、提高燃油的噴射壓力以及進氣量,達到標準限值的要求。這種技術標準下,車輛勁大,維修便捷,可燃油燃燒不充分的問題依然存在,所以經常出現車輛冒黑煙的情況。
三、國Ⅲ排放標準
時間:
北京地區率先于2005年12月30日開始實施國Ⅲ排放標準,全國范圍的國Ⅲ實施時間為:重型燃氣車、重型柴油車為2008年7月1日,輕型柴油車為2009年7月1日,重型汽油車為2010年7月1日。
排放要求:
碳氫化合物不超過0.2g/km,一氧化碳不超過2.3g/km,碳氫化合物不超過0.15g/km,無新版PM的要求。
車輛技術:
國Ⅲ階段的污染物排放總量相比國Ⅱ降低了40%左右,為了能達到最新的排放標準,車企對發動機和排氣系統做了升級和改造,增加了車輛自診斷系統,三元催化系統也進行了升級,柴油機開始進入電控時代,取代了此前的機械大泵,供油系統由此前的“機械控制”進入到“電子控制”階段。
可是由于早期的技術儲備不足,不少車企需要從國外進口設備和產品,導致了生產成本的上漲;國內車后市的服務技術也跟不上,給車輛維修和保養造成了一定的影響。車主不愿意買單,因此更傾向于選擇那些價格更便宜、外觀和產品公告一致、排放量卻不達標的國Ⅲ大泵車,也就是“假國Ⅲ”車輛。
四、國Ⅳ排放標準
時間:
按照規劃,全國范圍內推行的具體時間為:輕型柴油車2013年7月1日,重型汽油車2013年7月1日,重型燃氣車2011年1月1日,重型柴油車2013年7月1日。
事實上,2013年7月1日只有部分試點區域開始嚴格實施國Ⅳ標準:北京、上海、廣州、深圳、南京、烏魯木齊、蘭州等,全國范圍內直到2015年1月1日才開始實施國Ⅳ排放標準。
排放要求:
碳氫化合物的排放值不超過0.1g/km,一氧化碳的排放值不超過1.0g/km,氮氧化合物的排放值不超過0.08g/km。基本上車輛在達到國Ⅲ標準的基礎上再將污染物減少30%~50%才能達標。
車輛技術:
國Ⅳ階段的柴油車輛在供油端技術路線上變化不大,主要是提高了燃油噴射壓力,讓發動機燃燒更充分,減少從發動機排至后處理系統中的污染物。
在后處理系統上,國Ⅳ車輛進行了升級,這也是與國Ⅲ車的最大區別,當時的升級方案主要有兩種:一種是選擇性催化還原(SCR)技術,通過車用尿素對尾氣中的氮氧化物進行處理;另一種是廢氣再循環(EGR)技術,通過顆粒物捕捉器(DPF)或微粒催化器(DOC),對燃燒產生的微粒進行處理。
五、國Ⅴ排放標準
時間:
2013年9月17日,環保部發布《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第五階段)》,自2013年9月份開始北京市在全國率先實施輕型車國Ⅴ排放標準;2017年7月1日起全國范圍全面實施國Ⅴ排放標準。
排放要求:
國Ⅴ排放標準要求碳氫化合物排放數值為0.1g/km,一氧化碳排放數值為1.00g/km,碳氫化合物排放數值為0.060g/km,pm排放數值為0.0045g/km。其中氮氧化物排放量比國Ⅳ標準降低了25%,并新增了PM的排放限制,更加嚴格。
車輛技術:
國Ⅴ車輛技術上變化不大,主要是進行了進一步優化,供油系統以高壓共軌技術為主,后處理系統也是以EGR和SCR為主。與國Ⅳ車輛的主要區別在于它們的控制策略和扭矩限制。
六、國Ⅵ排放標準
時間:
2018年6月22日,生態環境部、國家市場監督管理總局正式提出重型柴油車國Ⅵ排放標準實施時間,分為國Ⅵ a和國Ⅵ b兩個階段。
其中國Ⅵ a階段,燃氣車實施時間為2019年7月1日,城市車輛實施時間為2020年7月1日,2021年7月1日起所有車輛開始實施國Ⅵa階段。國Ⅵ b階段,燃氣車實施時間為2021年1月1日,2023年7月1日起開始全面實施。
排放要求:
國Ⅵ a階段:一氧化碳排放量不得超過700mg/km;非甲烷烴不得超過68mg/km;氮氧化物不得超過60mg/km;PM細顆粒物不能超過4.5mg/km;PN細顆粒物不能超過6x10^11mg/km。
國Ⅵ b階段:一氧化碳排放量不得超過500 /km;非甲烷烴不得超過35mg/km;氮氧化物不得超過35mg/km;PM細顆粒物不能超過3mg/km;PN細顆粒物不能超過6x10^11mg/km。
車輛技術:
國Ⅵ階段的車輛技術相比國Ⅴ時期提出了更高的要求,技術路線主要分成EGR和非EGR兩種,其中EGR指的是渦輪增壓+電控+高壓共軌+中高EGR(中高廢氣再循環)+DOC(柴油氧化催化器)+POC(顆粒氧化催化轉化器)+SCR(選擇性催化轉化器),非EGR指的是渦輪增壓+電控+高壓共軌+DOC(柴油氧化催化器)+SCR(高效選擇性催化轉化器),部分機型還增加了ASR(氨逃逸催化器)。
這兩種路線的技術原理相同,都分為發動機和后處理系統兩部分,其中后處理系統除了要控制氮氧化物的量以外,還要控制PM顆粒排放量,車輛不管在運營狀態還是怠速、冷機等多種狀態下所排放的尾氣都必須要滿足國家限值標準;發動機則需要與后處理系統協同工作,因此也增加了空氣流量計、電控EGR、脈沖控制的渦輪增壓器、節氣門體等多種傳感器和執行器。
為了達到政策的要求,車企的相關技術需要不斷地更新迭代,每一次升級都是對研發實力的一次挑戰。對于車主們來說,排放標準的收嚴往往意味著綜合用車成本的上漲和車輛運營的受限。可我們需要認識到,排放標準升級是國際大趨勢,尤其是在碳達峰、碳中和的大背景下,繼續收嚴排放標準也是意料之中的事。
去年11月份歐洲第七階段排放標準提案上線,有人打比方說“如果歐Ⅵ是給車輛戴了清潔口罩,那歐Ⅶ就等于空氣凈化器”,嚴苛程度可見一斑。我國的車輛排放標準起步較晚,一路都在追趕發達國家的腳步,至于會不會繼續跟進歐Ⅶ,跟進的程度如何,恐怕還是個未知數。