隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展,汽車的生產(chǎn)量和保有量急劇增加,燃油汽車的有害氣體排放嚴(yán)重地危害著人類的健康。據(jù)研究,目前大氣中38.5%的一氧化碳(CO)、21.7%的碳氫化合物(HC)、87.6%的氮氧化物(NOx)、6.2%的二氧化硫(SO2)、32%的微粒物(PM)均來自汽車廢氣排放，這些氣體均對人體有毒害。而城市大氣中,61%的CO、87%的HC、55%的NOx均來自汽車廢氣排放。因此解決汽車排放對人類的危害,已成為世界各國汽車業(yè)多年來研究的最重要課題之一。

　　正因為如此，世界各國制定了限值不一的排放法規(guī)?？梢圆豢鋸埖卣f，正是排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，促進了世界汽車技術(shù)、尤其是柴油機技術(shù)突飛猛進的發(fā)展。美、日、西歐等發(fā)達國家和地區(qū)，在汽車排放控制技術(shù)的研究與應(yīng)用方面，已遠遠走在我國的前列。如歐盟國家，早在2000年對柴油車就實行了歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于中國現(xiàn)在實行的排放標(biāo)準(zhǔn)，而歐洲2008年實行的歐Ⅴ號標(biāo)準(zhǔn)，中國則要等到2013年才有可能實施。美國由于汽油價格便宜，目前轎車大多還是采用汽油機，但這并不意味著美國在柴油機技術(shù)開發(fā)上不愿意花力氣。事實上，與很多人的想象不一樣，美國的排放標(biāo)準(zhǔn)比同年代的歐洲標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格得多。美國今年開始實施的US EPA10超低排放標(biāo)準(zhǔn)，其排放限值約為2002年的1/9，是上世紀(jì)70年代的1/100。說得更通俗些，這意味著超低排放的發(fā)動機必須要達到這樣的要求，即排出的尾氣比吸進的空氣還要干凈。

　　1 美國中重型商用車排放法規(guī)演變

　　美國重型車定義為車總重(GVW)大于8500 lb(3855.5kg)。1995年以后，美國加利福尼亞州將重型車定義為車總重(GVW)大于14000 lb(6350.3kg)。用于重型車的發(fā)動機根據(jù)GVW進一步劃分為：

　　(1)輕載重型柴油機LHDDE：8500 lb(3855.5kg)

　　(2)中載重型柴油機MHDDE：19500 lb(8845.0kg)≤MHDDE≤33000 lb(14968.4kg);

　　(3)重載重型柴油機HHDDE(包括城市客車)：HHDDE>33000 lb(14968.4kg)。

　　1.1 1988-2003年美國中重型商用車排放標(biāo)準(zhǔn)

　　1988-2003年美國環(huán)保署(EPA)和1987-2003年美國加利福尼亞州空氣資源委員會 (ARB)的重型柴油卡車和客車排放標(biāo)準(zhǔn)分別如表1，表2。1994年以后，美國燃料油中的硫含量降低到500ppm(wt)。

　　表1： 美國環(huán)保署(EPA)的重型柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)(單位：g/bhp•hr)

　　注： *對應(yīng)在用車PM標(biāo)準(zhǔn)為0.07

　　表2： 美國加利福尼亞的重型柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)(單位：g/bhp•hr)

　　補充法令規(guī)定：

　　排放法規(guī)還要求發(fā)動機必須具備如下質(zhì)量保證期(美國和加利福尼亞)：

　　(1)LHDDE—8年/110000mi(177027km)(以先到為準(zhǔn)，下同);

　　(2)MHDDE—8年185000mi(297728km);

　　(3)HHDDE—8年/290000mi(466709km)。

　　由于1994年開始城市客車PM排放標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)，1998年開始NOx標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)，有效壽命提高到10年，有效行駛里程保持不變。

　　排放保證期為5年/100，000mi(1609345km);加利福尼亞為5年/100，000mi(1609345km)/3000小時，但是不低于該發(fā)動機的機械部分質(zhì)量保證期。

　　1.2 2004年及以后排放法規(guī)

　　在1997年10月，EPA制定了新的重型柴油卡車和客車用發(fā)動機排放標(biāo)準(zhǔn)，并定于2004年及以后實施。這一標(biāo)準(zhǔn)反映了EPA、加利福尼亞ARB和重型發(fā)動機制造商于1995年簽署的聯(lián)合協(xié)議的內(nèi)容。協(xié)議的目的是從2004年開始，將公路用重型柴油機的氮氧化物(NOx)排放降低到2.0g/bhp•h。發(fā)動機制造商可以以兩種方式來認(rèn)證其發(fā)動機產(chǎn)品，如表3所示。

　　除了NMHC和NOx外，所有其他排放限值繼續(xù)執(zhí)行1998年及其以后的標(biāo)準(zhǔn)(表1)。EPA重新修訂了發(fā)動機質(zhì)量保證期指標(biāo)，明顯提高了發(fā)動機有效壽命標(biāo)準(zhǔn)，如下：

　　(1) LHDDE—110000mi(177027km)/10年;

　　(2) MHDDE—185000mi(297728km)/10年;

　　(3) HHDDE—435000mi(700063)km/10年/22，000小時;

　　(4) 排放保證期繼續(xù)維持在5年/100，000mi(1609345km)。

　　表3： 美國EPA 2004年及以后重型柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)(單位：g/bhp•hr)

　　美國聯(lián)邦的2004排放標(biāo)準(zhǔn)與美國加利福尼亞標(biāo)準(zhǔn)一致，目的是使發(fā)動機制造商在兩個市場上應(yīng)用同一個發(fā)動機設(shè)計。但是，對于2005-2007年的發(fā)動機認(rèn)證，加利福尼亞當(dāng)局要求達到SET測試和1.25×FTP的NTE限值標(biāo)準(zhǔn)。同時，加利福尼亞對2004-2006年度的市內(nèi)公共交通用客車采用更嚴(yán)格的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

　　補充法令規(guī)定：

　　在1998年，美國環(huán)保署、法院、加利福尼亞ARB和發(fā)動機制造商(卡特彼勒、康明斯、底特律柴油機、沃爾沃、麥克貨車/雷諾和航星國際公司(Navistar International Corporation))之間達成一個協(xié)議，協(xié)議內(nèi)容是有關(guān)重型柴油機在一定工作狀態(tài)下產(chǎn)生高氮氧化物(NOx)的問題。從上世紀(jì)90年代初期，發(fā)動機制造商采用一種發(fā)動機控制軟件，當(dāng)汽車在公路上穩(wěn)定勻速行駛時，這種軟件使得發(fā)動機處于一種燃效更高(但是NOx排放也更高)的工作狀態(tài)。EPA認(rèn)為這種發(fā)動機控制策略是一種非法的“排放欺騙裝置”。

　　補充法令規(guī)定包括如下內(nèi)容：

　　(1)對發(fā)動機制造商進行民事處罰并要求為污染研究提供資金;(2)需要升級現(xiàn)有發(fā)動機來降低NOx污染;(3)追加排放測試(穩(wěn)態(tài))，符合FTP限值和1.25×FTP的NTE限值(Navistar除外);(4)到2002年10月需滿足2004排放標(biāo)準(zhǔn)(提前15個月)。

　　1.3 2007年及以后排放法規(guī)

　　2000年11月21日，美國環(huán)保署出臺了2007年及以后的美國重型柴油機排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)(加利福尼亞ARB實際上從2001年10月開始已經(jīng)實行與2007年美國排放標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn))。這一法規(guī)包括兩部分：排放標(biāo)準(zhǔn)和柴油燃料規(guī)定。

　　(1)排放標(biāo)準(zhǔn)

　　這一部分包括新的、更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)限值，如表4所示：

　　表4： 美國環(huán)保署EPA 2007年及以后重型柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)(單位：g/bhp•hr)

　　注：表中顆粒排放標(biāo)準(zhǔn)從2007年開始全部生效。柴油機的氮氧化物(NOx)和非甲烷烴(NMHC)排放標(biāo)準(zhǔn)將在2007年到2010年期間分階段實施，分段實施將根據(jù)銷量的百分比：從2007年的50%達標(biāo)到2010年的100%達標(biāo)。在2010年以前，極少的發(fā)動機能達到氮氧化物排放低于0.20g/bhp-hr的標(biāo)準(zhǔn)。2007年開始，大多數(shù)發(fā)動機制造商傾向于滿足“族排放限值”(所謂“族排放限值”——即按銷量計算50%用原標(biāo)準(zhǔn)2.5,另50%用新標(biāo)準(zhǔn)0.2，那么平均限值為1.35;所以EPA規(guī)定“族排放限值”為1.2～1.5)，即大多數(shù)發(fā)動機制造商按1.2--1.5g/bhp-hr的NOx族排放限值標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證其發(fā)動機，只有少數(shù)制造商仍然按老標(biāo)準(zhǔn)NOx+NMHC排放限值2.5g/bhp-hr來認(rèn)證其發(fā)動機。

　　除了瞬態(tài)FTP測試，排放認(rèn)證還包括：

　　a)SET測試：其限值等于FTP標(biāo)準(zhǔn);

　　b)NTE測試：對于NOx“族排放限值(FEL)”低于1.5g/bhp-hr水平的發(fā)動機，其限值為1.5倍FTP標(biāo)準(zhǔn);或者對于NOx“族排放限值(FEL)”高于1.5g/bhp-hr水平的發(fā)動機，其限值為1.25倍FTP標(biāo)準(zhǔn)。

　　從2007年開始生效的這項法規(guī)仍然維持了原來曲軸箱污染物排放的規(guī)定，渦輪增壓柴油機沒有曲軸箱污染物排放限值，但是，在全部的測試過程中，如果曲軸箱有污染物排放到大氣中，這些污染物將被計入到發(fā)動機排放值之中。在這種情況下，曲軸箱排放物的影響也成為發(fā)動機排放達標(biāo)的一個因素。

　　(2)柴油燃料規(guī)定

　　柴油燃料的法規(guī)限制燃料中的硫含量，公路行駛車輛用油的硫含量從以前的500ppm降低到15ppm(wt.)。煉油廠被要求從2006年6月1日開始生產(chǎn)硫含量的為15ppm的燃料。最后，到2006年7月15日，煉油廠所銷售的公路車用低硫柴油硫含量必須低于15ppm。對于柴油零售商和批發(fā)商，公路車用低硫柴油必須從2006年9月1日開始硫含量必須低于15ppm。煉油廠也可以選擇一個臨時措施，他們可以在2009年12月31日以前繼續(xù)生產(chǎn)硫含量500ppm的柴油，但其產(chǎn)量必須不高于總產(chǎn)量的20%。

　　超低硫柴油燃料已經(jīng)被引入市場來為高科技尾氣處理裝置鋪平道路，原來一些不兼容硫的排放處理技術(shù)，如柴油顆粒過濾器DPF和NOx催化轉(zhuǎn)換器(NOx catalysts)，因為超低硫柴油燃料的引入，業(yè)已成為柴油機滿足2007排放法規(guī)所必需的裝置。

　　1.4 2010年及以后排放法規(guī)

　　美國環(huán)保署在出臺了EPA2007重型柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)后，緊接著就發(fā)布并出臺了EPA2010標(biāo)準(zhǔn)，兩者基于同一個框架，所以，除了NOx排放限值正式實施0.2 g/bhp•hr(0.27 g/kWh)，而停止采用族排放限值1.2～1.5 g/bhp•hr(1.61～2.01 g/kWh)標(biāo)準(zhǔn)外，其余的指標(biāo)與測試條件與EPA2007完全一樣。EPA2010標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行時間是從2010年1月1日正式開始。

　　（末完待續(xù)）