柴油車尾氣排放困局與未來展望淺析

日期: 2016-12-23
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蓋世汽車訊 未來,汽車行業尾氣排放限值將進一步收緊,排放新規的監管則由美國和歐洲負責主導。盡管柴油車的在美注冊數量連總數的1%都不到,但歐洲的情況卻截然不同,柴油車比重約占車輛注冊量的50%。

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相較于汽油發動機,柴油發動機的廢氣排放控制顯得更為復雜(主要涉及氮氧化合物和顆粒物質的排放量)。因此,需要汽車制造商采用相對較新的技術,其技術成本將進一步上升。未來最可能出現的情景為,截止至2030年,柴油車所占的市場份額將會急劇下降。然而,柴油車會在中高檔乘用車領域保持一個相對較好的市場位置(市場份額將達50%以上)。

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柴油車尾氣排放困局與未來展望淺析

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“柴油發動機”所引發的環境問題

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交通行業是空氣污物的主要排放源頭之一,盡管在過去十年來,交通行業減排效果顯著,但氮氧化物的排放量依然占據極大比重。就氮氧化物的排放量而言,交通行業的排放量占歐盟28國總排放量的46%,柴油車的排放量更是占到整個交通行總排放量的80%,因而成為政府減排政策的重點整治目標。

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從歐洲4期排放標準到歐洲6期排放標準,柴油車的氮氧化物排放量限值驟降68%。然而,近年來的分析結果顯示,常規條件下在路面測試時獲得的測試結果通常要遠低于采用新歐洲行駛循環(NEDC)的“官方”實驗室的測試結果。超標的污染物不僅僅是氮氧化物,所產生的二氧化碳數量也比官方測量數據高出了20-30%,遠大于氮氧化物兩項數據(即:實驗室和路測)間的差值,柴油車的測量數據更是如此,柴油車的路測結果是實驗室測試數據的四到五倍。

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于是,氮氧化物的排放量成為柴油發動機的一大弊端。歐洲的汽車制造廠商不得不應對這一難題,在歐盟注冊車輛中,柴油車占比近50%,與其他各大汽車市場的情況截然不同。而在美國、中國和日本市場中,汽油車牢牢占據著市場主導地位,柴油車所占比重不大,在亞洲地區,唯一的特例是印度,該國柴油車的市場份額占到50%左右。

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歐盟法規越發嚴苛

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歐盟如今正致力于收緊減排法規(從標準的歐洲6期標準提升至歐洲6d期標準),同時在改進針對輕型車的測試規程并試圖降低油耗。相較于實驗室測試結果,在路面測試時,輕型車的排放量將大幅上升。目前正在研發兩項新測試規程,用于評估實際行駛條件下車輛的排放表現,即:實際行駛排放(RDE)規程(用于測量控制污染物)和;全球輕量車測試協調規程(WLTP)(用于測量二氧化碳排放量)。

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歐盟委員會打算在2017年引入有關輕型車實際行駛排量測試規程的強制法令。根據新規程,將采用車載排放測試系統(PEMS)進行汽車排量的路測。這一新規程將意味著原始設備制造商(整車廠)將進行重大調整,成本也將相應上浮。由于需要在各類工況下運行排放控制系統,使得車企重新構建型號核準的運籌工作,同時還需采用新的測量技術。

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柴油傳動系統的效率成本

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柴油傳動系統的能效提升將是一大重要杠桿,各歐盟汽車制造商需要在這方面進行技術改良,競相滿足歐盟的新(二氧化碳或氮氧化物)排放指標,盡管柴油傳動系統的能效提升可能意味著各車企在排放控制方面的成本會更高。

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首先,各車企要確保二氧化碳的排放量降幅達到38g CO2/km,以便滿足2021年的排放新目標:95g CO2/km。

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顯然,整套二氧化碳減排戰略應確定“以柴油發動機為核心”的主基調,以便縮短當前的排量差距。此外,還需要追加對研發部的投資。

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分析表明,柴油車氮氧化物排放量與相關排量控制成本存在非線性分析的關系:若要實現歐洲6期排放標準限值,所需的排量控制成本是歐洲3期排放標準所需成本的3倍。

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相較于汽油發動機,柴油發動機的控制成本和減排成本較高。盡管汽油車的標準更為嚴苛,但汽油發動機的排放控制技術(空氣燃油控制裝置和催化后處理)的技術成熟度高、合規增量成本低。另一方面,柴油車的排放控制技術(包括空氣燃油控制、注油和后處理技術)更為復雜,所需成本更高。

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柴油發動機 — 未來情景設想

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關于柴油發動機的未來情景,我們從市場趨勢、政策法規和技術方面作出如下預測:

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市場趨勢:柴油車仍將吸引大量用戶,因為總體擁有成本(TCO)是購買時所需考慮的重要指標之一。TCO的模式(包括:折舊、燃油成本、車險、維護、費用和稅費、維修)表明,在未來三到五年內,相較于主要競爭對手——汽油車,柴油車的TCO較低。

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政策和法規:分析表明,車輛在路面測試中排量要高于實驗室測試,這一點令柴油車頗受影響,主要問題在于氮氧化合物的排放量。2016年2月12日,歐盟委員會同意相關法規,允許引入RDE測試,確立了排放限值(80mg/km)和“兩步走”戰略的執行日期:第一步:從2017年9月起采用合規系數2.1。第二步:從2020年起,采用合規系數1.5。

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最后,合規系數引入的容差值要高于確立的限值,其旨在給予汽車制造商時間,使其能夠逐步適應RDE新規。

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技術:提供后處理技術,用于降低柴油發動機有害物質的排放量(DOC:柴油氧化催化劑、DPF:柴油微粒過濾器、SCR:選擇性催化還原、LNT:吸附催化還原系統),但上述技術需要車企加大投資,這意味著增加成本。

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由于“清潔柴油”的成本不斷上升,預計柴油發動機將大幅度地喪失其市場份額,特別是較為低端的汽車細分市場。盡管如此,這也有助于達到排量限值標準的目標值,而柴油車也將在中高端汽車細分市場中占據一席之地。

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業內的深入見解

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目前在研發方面已取得進展,有可能在不進行設備置換的前提下提升柴油發動機的排放性能。因此,高檔汽車和大眾市場汽車的制造商們將重新整合旗下的動力傳動系統產品方案,包括提升小型發動機的比重。

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特別是高檔車廠商,目前幾乎都向中高端細分市場引入2000cc的基本發動機,對旗下所有的傳動系統產品線內的氣缸數量進行了縮減(8缸改為6缸或6缸改為4缸,單缸容積在500cc左右。)

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面向大眾市場的汽車制造商們則致力于采用較小型的發動機,即置換1.6L和1.8L發動機,而渦輪增壓機的置換將為用戶提供他們所想獲得的駕駛經歷和低油耗。

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結論

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在汽車尾氣排放標準越發嚴苛的大背景下,“清潔”柴油發動機將繼續發揮重要作用,幫助車企在未來五年或十年內實現其減排目標。然而,清潔柴油所需成本更高,預計將因此而失去大量的市場份額,特別是在低端車細分市場,但柴油車在中高端汽車細分市場中還會占據一席之地。對歐盟(和印度)而言,柴油車是一大頭疼問題,盡管歐洲的汽車廠商努力改進其他汽車市場的柴油技術,但如果還想再歐洲汽車市場爭鋒的話,不得不采取戰略行動,可以歸納為兩大類:技術和市場。

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在技術方面,汽車制造商務必研發并執行所需的技術,采用更為嚴苛的標準和RDE測試規程彌補與排放目標間的差距,前提是商業成本合理,即車企不會將過高的成本轉嫁給最終用戶。此外,各車企還需要配置傳動系統的替代解決方案,例如:電動車或混合動力車。


在市場方面,各車企贏將柴油車的重心轉向中高端汽車細分市場,并說服最終用戶和政策制定者,使其相信柴油車不存在污染環境方面的問題。

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