欧盟重型车排放法规研究

文/毛赛龙

【机动车专栏】

欧盟重型车排放法规研究

文/毛赛龙

我国已成为重型汽车的生产和消费大国。如何实现我国空气质量目标，降低重型汽车排放的研究尤为紧迫。本文对最新的欧盟重型汽车排放法规主要技术内容及其发展、测试方法和测试设备的新要求进行了简要阐述，希望能对我国相关减排领域的标准化工作开展提供一些帮助。

重型车 排放标准 发展趋势

随着汽车工业的发展，我国已成为重型汽车的生产和消费大国，如何进一步实现减排，降低对空气的污染，重型汽车相关法规的研究已是十分迫切。在欧盟、美国和日本三大汽车相关的法规体系中，欧盟法规与我国国情相适应，对其展开的研究将有利于推动企业技术进步、技术服务机构把握检测技术的发展。

一、欧盟重型车排放法规简介

欧盟重型车排放法规的发展与欧盟环境保护立法的日益严格息息相关。2002年7月22日，欧洲议会和理事会颁布1600/2002/EC号决议并通过了第六届欧共体环境行动计划。该计划旨在降低大气环境污染，从而最大程度地减少其对人类健康的危害，而且该计划还特别关注“敏感人群”。为此，欧共体立法机构专门制定了与人类健康目标相适应的环境空气质量标准。继2001年5月4日的“欧洲洁净空气计划（CAFE）”之后，欧盟委员会于2005年9月21日通过了另一项环境保护计划“空气污染主题战略”，其中一个结论是进一步从交通部门（航空、海运和陆运）、家庭和能源、农业和工业部门减少大气污染物排放，以实现欧盟的空气质量目标。

基于上述背景，减少车辆尾气排放已成为实现欧盟空气质量目标整体战略的组成部分。在空气质量标准的推动下，车辆环保技术也在车辆减排指标的压力下不断地发展，两者共同推动了排放法规的实施。

当前，欧盟重型车排放法规是2013年生效的欧VI阶段法规：595/2009/EC。与V阶段法规2005/55/EC相比，595/2009/EC（含修订文件）在排放限值、测试工况、被控污染物质（如NH3、颗粒物数量（PN））、车载诊断系统（OBD）、耐久性等技术内容方面都有新的要求。这些变化标志着排放法规日益严格、趋于合理，与车辆在道路上的真实排放情况更为接近。对于国内法规而言，欧盟重型车排放法规具备良好的借鉴意义。欧盟重型车排放法规近期的修订及版本更替情况详见表1。

表1 欧盟重型车排放法规

二、欧盟重型车排放法规的最新技术要求

在技术内容方面，本文主要对被控污染物种类及限值的变化、测试工况的变化、PN、OBD、耐久性等主要技术要求及相关测试方法进行归纳总结，具体如下：

表2 欧VI阶段排放限值 mg/kWh

由表2可知，在测试工况更替的基础上，欧VI的排放限值较欧V进一步降低，且新增了NH3和PN两个排放限值指标。上述变化对重型发动机台架工况的排放测试方法及测试设备提出了更新更高的要求，特别是在气体分析单元的精度、稀释采样方法、颗粒物采样方法、背景气体的处理等方面。

595/2009/EC第（16）条规定：欧盟委员会应在排放相关的型式核准试验中逐渐采纳全球协调测试工况。ECE R49 r5e Annex 4B第7.2条对全球协调测试工况WHTC和WHSC的归一化转速和扭矩进行了具体的定义。582/2011/EU第（11）条规定：依据595/2009/EC的Article 12（2）的技术内容，582/2011/EU首次正式发布了基于WHTC和WHSC工况的排放限值。综上可知：在欧VI阶段，WHTC&WHSC工况将分别替代欧洲瞬态测试循环（ETC）&欧洲稳态测试循环（ESC）成为欧盟重型发动机的标准排放测试工况。

WHTC和WHSC工况充分考虑了世界各地的道路情况、各种类型车辆的行驶特征，具有较好的代表性，特别是对城区低速低负荷工况。其工况的定义详见表1中相关标准。它与原测试工况间的差异，以WHTC和ETC为例，详见表3；WHTC采用冷热启动相结合的方式，有相应的冷机要求和浸机要求，详见表4。

表3 WHTC和ETC工况特征的差异 %

表4 WHTC工况的冷机要求及浸机要求

在测试工况变更的情况下，排放测试流程也存在相应的调整。WHTC&WHSC工况下的测试流程详见图1。

图1 排放测试流程（WHTC&WHSC）

PN相关的技术要求首次出现在595/2009/EC中。595/2009/EC第14条和第15条规定：为保护环境和人类健康（尤其是保护对大气环境敏感的人群），控制极细微颗粒物（粒径为0.1 μm以下）的排放，欧盟委员会立法建议在传统的质量法之外，赋予法律针对颗粒物排放采用基于限制PN的方法来控制车辆颗粒物排放的权力。PN的测试方法应在PMP－UN/ECE的研究基础上建立和获得各方的认可，并设定恰当的PN限值，确保其与欧盟的环保目标相适应，反映出当前道路车辆颗粒物减排技术的最高水平。

同时595/2009/EC－Article12中第1条规定：欧盟委员会应尽快确立PN的限值要求，该要求应与满足当前颗粒物排放要求的技术路线相适应；欧盟委员会应采纳一种测量PN的测试程序。

ECE R49 Revision 5－amendment1（PN测试程序）文件中，欧盟委员会对重型发动机PN的测试方法、测试设备及测试系统配置等给出了具体的技术要求；PN的限值要求、实施日期等在标准582/2011/EU中已正式发布，详见表1。

①PN测试对象

欧盟法规对PN的测试对象并无成文的定义，但依据PN测试方法和测试设备的原理及其设计参数可推定PN测试对象具备如下2个要素：

a)被测颗粒物的粒径是在一定范围之内的，是有选择性的，一般来说是从23 nm～2.5 μm；

b)被测颗粒物应为“固态颗粒物”，在PN测试之前需进行相应的预处理来去除其中的可挥发性颗粒物。

②PN测试系统的组成

欧盟法规认可的PN测试系统分为全流稀释采样和部分流稀释采样两类，相应的系统简图详见相关标准。两类系统对气体的处理及分析则大同小异。系统主要由稀释通道（DT）、颗粒物采样和传输系统（PTS）、颗粒物分离器（PCF）、挥发性颗粒物去除器（VPR（PND1+ET+PND2））、颗粒物计数器（PNC）组成。

③PN测试的关键问题

表5 PN测试的关键问题

595/2009/EC第（18）条规定：OBD系统在车辆使用期间对排放的控制起着重要的作用；基于其对控制真实排放的重要性，欧盟委员会应持续审查和修订与OBD系统技术要求。582/2011/EUANNEX X和ECER49ANNEX9对OBD的技术要求及相关测试方法进行了详细的规定。

欧盟法规对OBD的技术要求基本体现在ECE R49中，与全球统一的道路车辆车载诊断系统技术法规（WWH－OBD（GTR））相一致。OBD系统的监测方式可分为如下3类：部件监测、性能阈值监测、排放阈值监测，详见表6。为了评价OBD监测的运行情况，欧盟法规引入了在用监测频率（IUPR）指标，通过在用监测事件潜在数量与在用监测事件实际数量之间的比值，量化OBD系统的在用性能。IUPR最低为10%。同时OBD系统应监测其自身的部件。

表6 OBD系统的监测方法

595/2009/ECArticle1规定重型车排放法规应涵盖排放控制系统耐久性技术要求；582/2011/EUANNEXVII和ECER49 ANNEX7对发动机耐久性技术要求及测试方法进行了详细的规定。耐久性技术要求的最新变化主要体现在耐久里程上，详见表7。

欧VI要求报告发动机的CO2排放水平及燃油经济性（FE）。相比于FE，欧盟更加关注CO2排放。CO2排放和燃油消耗均通过WHSC和WHTC工况来确定，采用NDIR法，试验结果采用比排放和比油耗的形式给出（g/kWh）。CO2排放的测量可采用直接采样和稀释采样两种方式，其中稀释采样的情况下需依据稀释比进行CO2背景浓度的修正。对于WHTC工况，比排放的确定需进行冷热启动循环的加权计算。

表7 耐久性要求和试验规定 103km

燃油消耗量的测量需使用质量流量计，如质量流量传感器等。燃油消耗量的确定是通过整个循环工况对瞬态油耗数值的积分获得的。对于WHTC工况，比油耗的确定需进行冷热启动循环的加权计算。

三、欧盟排放法规对我国相关法规的影响

了解欧盟相关的排放法规的发展历程对我国国家标准的修订有着积极的意义。特别是在当前雾霾天气频发，空气质量饱受国人关注的背景下，相关职能部门也在积极研究，择优采纳。如针对发动机台架排放与实车排放可能存在的差异，相关部门已尝试性地推进WHTC工况的应用等。从某种程度上，通过对欧标的借鉴，可进一步缩小我国与欧盟地区排放控制水平的差异。篇幅所限，本文对欧盟法规中限制非循环排放（OCE）、车载排放测试等技术趋势暂未提及，对法规升级所带来的测试技术需求的解析存在进一步深入的空间。

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.

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（作者单位：上海机动车检测中心）