中国下一阶段重型车排放标准建议——基于国VI车辆测试结果

工作报告2022-33 ©2022INTERNATIONALCOUNCILONCLEANTRANSPORTATION OCTOBER2022 中国下一阶段重型车排放标准建议 ——基于国VI车辆测试结果 作者:牛天林、FelipeRodríguez 关键词:重型车(HDV)、车辆测试、排放标准、油耗、温室气体(GHG) 背景 2021年，重型货车在中国道路车辆保有量中的占比仅为4%，但其氮氧化物排放占比高达道路车辆排放总量的79.8%，颗粒物排放占比高达58.5%1。随着中国在清洁空气领域的大步迈进，对于重型货车的排放控制也在快速发展，管理法规也在日益加严。重型货车国VI-a阶段排放标准自2021年7月 1日开始在全国范围实施，在此之前，已经有部分重点地区提前实施了该标准。国VI-b阶段标准将于2023年7月1日开始全面实施2。 大体而言，国VI-a阶段标准等效于欧VI标准，国VI-b阶段标准则小幅加严了测试要求，同时要求车辆必须安装车载远程排放监控系统。尽管在国VI标准下，重型货车的氮氧化物和颗粒物排放可比国V标准降低70%左右3，但我们仍有机会实现重型货车排放的进一步下降。2021年12月28日发布的 《“十四五”节能减排综合工作方案》要求研究制定下一阶段重型车排放标准，主要污染物排放总量持续减少，实现节能降碳减污协同增效4。 对国VI重型货车的实际行驶排放情况进行评估，了解下一阶段排放标准 （国VII）所需的潜在改进点，是中国管理部门所需完成的一项实质性任 1生态环境部,《中国移动源环境管理年报-2021》,2022年,详见：https://www.mee.gov.cn/hjzl/sthjzk/ydyhjgl/202109/W020210910400449015882.pdf.；和国家统计局,《中国统计年鉴-2021》,2022年,详见：http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2021/indexch.htm. 2生态环境部,《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》(GB17691—2018),”2019年,详见： https://www.mee.gov.cn/ywgz/fgbz/bz/bzwb/dqhjbh/dqydywrwpfbz/201807/t20180703_445995.shtml. 3杨柳含子、何卉,“China’sStageVIEmissionsStandardforHeavy-DutyVehicles(FinalRule)”(华盛顿，国际清洁交通委员会，2018),详见：https://theicct.org/publication/chinas-stage-vi-emissions-standard-for-heavy-duty-vehicles-final-rule/；和金伶芝等,《“十四五”及中长期中国交通部门低碳化的机遇与路径》(华盛顿，国际清洁交通委员会,2021),详见：https://theicct.org/publication/opportunities-and-pathways-to-decarbonize-chinas-transportation-sector-during-the-fourteenth-five-year-plan-period-and-beyond/. 4发改委,《国务院关于印发“十四五”节能减排综合工作方案的通知》,2022年1月27日，详见：https://www.ndrc.gov.cn/fggz/hjyzy/jnhnx/202201/t20220127_1313521_ext.html. www.theicct.orgcommunications@theicct.org twitter@theicct 鸣谢：作者诚挚感谢国际清洁交通委员会内部同事杨柳含子和SinaKazemiBakhshmand为本报告提供指导及建设性意见。同时诚挚感谢来自厦门环境保护机动车污染控制技术中心的苏盛、赖益土和吕涛协助开展专业的车辆测试，感谢来自机动车排污监控中心的李刚和来自清华大学的何立强为测试数据分析工作提供支持。 务。为了为有关部门提供支持，此报告展示了国VI标准的两辆N3类车辆5的实际道路测试研究结果。研究旨在更好地了解重型车实际行驶排放，了解现有货车发动机及排放控制技术的实际性能表现，从而为下一阶段排放标准提供政策建议。本次的车辆测试工作由厦门环境保护机动车污染控制技术中心 （VETC）负责，在厦门市开展进行。 我们此次还研究了中国标准与最新出台的欧盟标准提案之间存在的差距，并探究如何弥补这些差距。欧盟委员会顾问团队（又称超低排放车辆联盟，简称CLOVE）已经为下一阶段欧盟标准（欧VII标准）提出了建议6。欧盟委员会预计将于2022年10月底正式发布欧VII标准。 测试车辆 我们选择了两款国VI-b标准认证的重型车，这两款车型的发动机排量和额定功率在其所属的车型和车辆质量段中均具有代表性。 如图1所示，1号车是一辆车辆总质量（GVW）18吨的厢式货车。其排放控制系统包括高效选择催化还原（SCR）系统、柴油机氧化催化器（DOC）、氨逃逸催化器（ASC）以及颗粒物捕集器（DPF）。车辆系统中没有外 部废气再循环（EGR）回路，其发动机排量和额定功率分别为4.5L和 162kW，从油耗标准分类上该车辆属于车辆总质量在16-20吨之间的普通 概率密度 （厢式）货车。 制造商 福田 车辆型号 BJ5186XXY-2M 4e−04 2e−04 0e+00 4,0005,0006,0007,000 发动机排量(mL) 0.015 0.010 0.005 0.000 120140160180 发动机功率(kW) 车辆类别 厢式货车(N3) 应用场景 快递及物流运输 排放标准 国VI-b 驱动形式 4×2 总质量 18,000kg 额定载荷 9,545kg 发动机排量 4,500mL 额定功率 162kW 发动机排放控制 无EGR 后处理系统 DOC*1+SCR*1+ASC*1+DPF*1 认证油耗 23.1L/100km 初始里程 10000+ 概率密度 图1.1号车技术规格以及与所在分类中其他车辆的对比情况 5货运车辆(货车),车辆总质量(GVW)>12,000kg 6StefanHausberger等,“SupplementstotheScenariosforHDVsEmissionLimitsandTestConditions”(布鲁塞尔,2021),详见：https://circabc.europa.eu/sd/a/e0063651-4e84-4b95-aac4-edb85a719764/AGVES-2021-04-27-HDV_Exhaust-v6b.pdf. 概率密度 如图2所示，2号车是一辆车辆组合总质量（GCW）41.8吨的半挂牵引车。其排放控制系统包括了额外的发动机EGR+中效SCR系统、DOC、ASC以及DPF。2号车的发动机排量和功率分别为8.6L和283kW，从分类上该车辆属于车辆组合总质量在40-43吨之间的牵引车。 制造商 一汽解放 车辆 CA4189P1 2e−04 1e−04 0e+00 8,00010,00012,000 发动机排量(mL) 0.010 0.005 0.000 200250300350400 发动机功率(kW) 型号 K2E6A80 车辆类别 牵引车 应用场景 长途货运 (N3) 排放标准 国VI-b 驱动形式 4×2 准牵引质量 41,805kg 额定载荷 35,505 kg 发动机排量 8,600mL 额定功率 283kWDOC*1+ 发动机排放控制 EGR 后处理系统 SCR*1+ASC*1+DPF*1 认证油耗 35.0L/100km 初始里程 24000+ 概率密度 图2.2号车技术规格以及与所在分类中其他车辆的对比情况 在选择车辆的过程中，我们发现在车辆总质量（GVW）和额定功率相似的情况下，国VI重型货车的发动机排量会较先前排放标准的重型货车低一些。EGR联合中效SCR仍是主流排放控制技术，包括玉柴、潍柴和锡柴等在内的发动机生产企业广泛采用该技术路线。单纯使用高效SCR系统的方式也在变得越来越普及，康明斯和潍柴均采用了这种技术。 测试方法论 测试工况与负载 我们对每一辆车分别进行了几次道路测试。除了国VI标准中所要求的车辆在用符合性（ISC）测试以外，我们还对车辆进行了城市货运及低负载工况测试，以评估车辆在城市和特殊工况下的排放性能。其中，低负载测试采用的是加州空气资源委员会（CARB）开发的低负载工况（LLC）标准，这套工况是CARB针对重型车实际道路氮氧化物和颗粒物排放问题而在最新发布的公交客车管理法规(Omnibus)中提出的7。我们开展的所有实际道路测试都使用的是车载排放测量系统（PEMS）。 7SaraKelly和BenjaminSharpe,“California’sHeavy-DutyOmnibusRegulation:UpdatestoEmissionStandards,TestingRequirements,andComplianceProcedures”(华盛顿，国际清洁交通委员会，2022）,详见：https://theicct.org/publication/california-us-hdv-omnibus-reg-jan22/. 我们同时也在实验室中进行了底盘测功机实验来测量重型车标准工况下的油耗、温室气体排放和PN10（粒径超过10nm的颗粒物的粒子数量）。具体实验设计见表1。 表1.测试详情及目标 1号车 2号车 实验目标 在N3车辆城市工况循环（ISC-Urban）下进行2次车辆在用符合性PEMS测试 在N3车辆城市工况循环（ISC-Urban）下进行2次车辆在用符合性PEMS测试在N3车辆非城市工况循环（ISC-Nonurban）下进行两次PEMS测试 了解车辆在国VI法规（17691-2018）下的合规情况，包含冷启动排放测量。 2次城市货运（UD）PEMS测试 2次城市货运（UD）PEMS测试 从设计上是为了复制典型的城市货运车辆使用情况，包括频繁的长时间停靠，高峰时段行驶，行驶时间和距离设计为至少2.5小时总出行时间或40公里总行驶距离的典型设计。 1次低负载工况循环（LLC）PEMS测试 1次低负载工况循环（LLC）PEMS测试 基于CARB开发的低负载工况进行测试，反映氮氧化物排放最差的行驶工况。 C-WTVC工况底盘测功机测试a:1次冷启动+4次热启动 C-WTVC工况底盘测功机测试:1次冷启动+3次热启动 符合中国重型车燃料消耗量标准（GB27840-2011)，为了了解车辆的燃料消耗量及CO2排放情况。 a中国采用的世界统一瞬态工况。 图3和图4显示了两辆测试车辆部分ISC、UD以及LLC测试工况的速度曲 线。为了确保环境温度足够评估冷启动所带来的影响，车辆测试是在冬季开展的，其中1号车是在2021年12月进行的测试，2号车是在2022年2月进行的测试。 90ISCUrban-1 速度(km/h) 60 30 0 0102030405060708090100 行驶距离(km) 90UD-1 速度(km/h) 60 30 0 0102030405060 行驶距离(km) 90LLC 速度(km/h) 60 30 0 05101520253035 行驶距离(km) 图3.1号车的典型工况速度曲线 90ISCUrban-1 速度(km/h) 60 30 0 01020304050607080 行驶距离(km) ISCNonurban-1 速度(km/h) 90 60 30 0 0306090120150180 行驶距离(km) UD-1 90 速度(km/h) 60 30 0 0102030405