柴油车尾气排放困局与未来展望浅析

日期: 2016-12-23
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盖世汽车讯 未来,汽车行业尾气排放限值将进一步收紧,排放新规的监管则由美国和欧洲负责主导。尽管柴油车的在美注册数量连总数的1%都不到,但欧洲的情况却截然不同,柴油车比重约占车辆注册量的50%。

 

相较于汽油发动机,柴油发动机的废气排放控制显得更为复杂(主要涉及氮氧化合物和颗粒物质的排放量)。因此,需要汽车制造商采用相对较新的技术,其技术成本将进一步上升。未来最可能出现的情景为,截止至2030年,柴油车所占的市场份额将会急剧下降。然而,柴油车会在中高档乘用车领域保持一个相对较好的市场位置(市场份额将达50%以上)。

 

柴油车尾气排放困局与未来展望浅析

 

“柴油发动机”所引发的环境问题

 

交通行业是空气污物的主要排放源头之一,尽管在过去十年来,交通行业减排效果显著,但氮氧化物的排放量依然占据极大比重。就氮氧化物的排放量而言,交通行业的排放量占欧盟28国总排放量的46%,柴油车的排放量更是占到整个交通行总排放量的80%,因而成为政府减排政策的重点整治目标。

 

从欧洲4期排放标准到欧洲6期排放标准,柴油车的氮氧化物排放量限值骤降68%。然而,近年来的分析结果显示,常规条件下在路面测试时获得的测试结果通常要远低于采用新欧洲行驶循环(NEDC)的“官方”实验室的测试结果。超标的污染物不仅仅是氮氧化物,所产生的二氧化碳数量也比官方测量数据高出了20-30%,远大于氮氧化物两项数据(即:实验室和路测)间的差值,柴油车的测量数据更是如此,柴油车的路测结果是实验室测试数据的四到五倍。

 

于是,氮氧化物的排放量成为柴油发动机的一大弊端。欧洲的汽车制造厂商不得不应对这一难题,在欧盟注册车辆中,柴油车占比近50%,与其他各大汽车市场的情况截然不同。而在美国、中国和日本市场中,汽油车牢牢占据着市场主导地位,柴油车所占比重不大,在亚洲地区,唯一的特例是印度,该国柴油车的市场份额占到50%左右。

 

欧盟法规越发严苛

 

欧盟如今正致力于收紧减排法规(从标准的欧洲6期标准提升至欧洲6d期标准),同时在改进针对轻型车的测试规程并试图降低油耗。相较于实验室测试结果,在路面测试时,轻型车的排放量将大幅上升。目前正在研发两项新测试规程,用于评估实际行驶条件下车辆的排放表现,即:实际行驶排放(RDE)规程(用于测量控制污染物)和;全球轻量车测试协调规程(WLTP)(用于测量二氧化碳排放量)。

 

欧盟委员会打算在2017年引入有关轻型车实际行驶排量测试规程的强制法令。根据新规程,将采用车载排放测试系统(PEMS)进行汽车排量的路测。这一新规程将意味着原始设备制造商(整车厂)将进行重大调整,成本也将相应上浮。由于需要在各类工况下运行排放控制系统,使得车企重新构建型号核准的运筹工作,同时还需采用新的测量技术。

 

柴油传动系统的效率成本

 

柴油传动系统的能效提升将是一大重要杠杆,各欧盟汽车制造商需要在这方面进行技术改良,竞相满足欧盟的新(二氧化碳或氮氧化物)排放指标,尽管柴油传动系统的能效提升可能意味着各车企在排放控制方面的成本会更高。

 

首先,各车企要确保二氧化碳的排放量降幅达到38g CO2/km,以便满足2021年的排放新目标:95g CO2/km。

 

显然,整套二氧化碳减排战略应确定“以柴油发动机为核心”的主基调,以便缩短当前的排量差距。此外,还需要追加对研发部的投资。

 

分析表明,柴油车氮氧化物排放量与相关排量控制成本存在非线性分析的关系:若要实现欧洲6期排放标准限值,所需的排量控制成本是欧洲3期排放标准所需成本的3倍。

 

相较于汽油发动机,柴油发动机的控制成本和减排成本较高。尽管汽油车的标准更为严苛,但汽油发动机的排放控制技术(空气燃油控制装置和催化后处理)的技术成熟度高、合规增量成本低。另一方面,柴油车的排放控制技术(包括空气燃油控制、注油和后处理技术)更为复杂,所需成本更高。

 

柴油发动机 — 未来情景设想

 

关于柴油发动机的未来情景,我们从市场趋势、政策法规和技术方面作出如下预测:

 

市场趋势:柴油车仍将吸引大量用户,因为总体拥有成本(TCO)是购买时所需考虑的重要指标之一。TCO的模式(包括:折旧、燃油成本、车险、维护、费用和税费、维修)表明,在未来三到五年内,相较于主要竞争对手——汽油车,柴油车的TCO较低。

 

政策和法规:分析表明,车辆在路面测试中排量要高于实验室测试,这一点令柴油车颇受影响,主要问题在于氮氧化合物的排放量。2016年2月12日,欧盟委员会同意相关法规,允许引入RDE测试,确立了排放限值(80mg/km)和“两步走”战略的执行日期:第一步:从2017年9月起采用合规系数2.1。第二步:从2020年起,采用合规系数1.5。

 

最后,合规系数引入的容差值要高于确立的限值,其旨在给予汽车制造商时间,使其能够逐步适应RDE新规。

 

技术:提供后处理技术,用于降低柴油发动机有害物质的排放量(DOC:柴油氧化催化剂、DPF:柴油微粒过滤器、SCR:选择性催化还原、LNT:吸附催化还原系统),但上述技术需要车企加大投资,这意味着增加成本。

 

由于“清洁柴油”的成本不断上升,预计柴油发动机将大幅度地丧失其市场份额,特别是较为低端的汽车细分市场。尽管如此,这也有助于达到排量限值标准的目标值,而柴油车也将在中高端汽车细分市场中占据一席之地。

 

业内的深入见解

 

目前在研发方面已取得进展,有可能在不进行设备置换的前提下提升柴油发动机的排放性能。因此,高档汽车和大众市场汽车的制造商们将重新整合旗下的动力传动系统产品方案,包括提升小型发动机的比重。

 

特别是高档车厂商,目前几乎都向中高端细分市场引入2000cc的基本发动机,对旗下所有的传动系统产品线内的气缸数量进行了缩减(8缸改为6缸或6缸改为4缸,单缸容积在500cc左右。)

 

面向大众市场的汽车制造商们则致力于采用较小型的发动机,即置换1.6L和1.8L发动机,而涡轮增压机的置换将为用户提供他们所想获得的驾驶经历和低油耗。

 

结论

 

在汽车尾气排放标准越发严苛的大背景下,“清洁”柴油发动机将继续发挥重要作用,帮助车企在未来五年或十年内实现其减排目标。然而,清洁柴油所需成本更高,预计将因此而失去大量的市场份额,特别是在低端车细分市场,但柴油车在中高端汽车细分市场中还会占据一席之地。对欧盟(和印度)而言,柴油车是一大头疼问题,尽管欧洲的汽车厂商努力改进其他汽车市场的柴油技术,但如果还想再欧洲汽车市场争锋的话,不得不采取战略行动,可以归纳为两大类:技术和市场。

 

在技术方面,汽车制造商务必研发并执行所需的技术,采用更为严苛的标准和RDE测试规程弥补与排放目标间的差距,前提是商业成本合理,即车企不会将过高的成本转嫁给最终用户。此外,各车企还需要配置传动系统的替代解决方案,例如:电动车或混合动力车。


在市场方面,各车企赢将柴油车的重心转向中高端汽车细分市场,并说服最终用户和政策制定者,使其相信柴油车不存在污染环境方面的问题。

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