導語：基于環(huán)境問題汽車技術(shù)發(fā)展趨勢研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：據(jù)統(tǒng)計資料顯示，近年來日本運輸部門的CO2排放量仍居高不下，其中源自汽車的CO2排放量約占總量的86．2％。因此，汽車仍是CO2的主要排放源之一。世界各國也一直在完善與收緊相關(guān)法規(guī)限值，以此卓有成效地改善汽車廢氣排放并降低燃油耗。著重分析了日本國內(nèi)制定的廢氣排放與燃油耗相關(guān)法規(guī)及政策的發(fā)展趨勢。針對當前的環(huán)保問題，介紹了近年來在日本汽車市場出售的新車型，并闡述了改善燃油耗與降低排放的技術(shù)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：環(huán)境保護；汽車技術(shù)；排放法規(guī)；燃油耗標準；發(fā)展趨勢

時下，汽車與環(huán)境問題已成為社會各界密切關(guān)注的焦點，本文論述了最近一年來日本國內(nèi)汽車行業(yè)所達到環(huán)保標準的現(xiàn)狀，并闡述了廢氣排放法規(guī)與燃油耗法規(guī)的整體情況。同時，以2018年上市銷售的部分新車型（包括部分經(jīng)技術(shù)改良后的車型）為例，本文論述了與環(huán)境性能密切相關(guān)的汽車新技術(shù)發(fā)展趨勢。

1概況

縱觀2017年的大氣污染狀況，考慮到與NO2密切相關(guān)的環(huán)境標準，普通測試點的達標率為100％，汽車廢氣排放測試點（自行排放測試點）達標率為99．7％（2016年的普通測試點達標率為100％，自行排放測試點達標率為99．7％）。就懸浮顆粒物質(zhì)（柴油機顆粒，SPM）方面而言，普通測試點達標率為99．8％，自行排放測試點為100％，2016年的普通測試點、自行排放測試點達標率均為100％。近年來，日本國內(nèi)汽車廢氣排放年平均質(zhì)量濃度也都呈遞減趨勢（圖1示出了NO及NO2濃度的年平均值）。源自汽車的污染排放指標正在逐年降低，汽車被稱為“污染源”的狀況將不復存在。NO2的環(huán)保標準達標率為99．7％。在393個有效測試點中，只有東京都大田區(qū)松原橋的1個測試點的數(shù)據(jù)未達到標準。日本政府通過對局部道路狀況及車流的控制，使空氣污染情況取得了有效控制?？紤]到NO2及SPM的環(huán)保標準達標率較低的情況，以柴油機排放顆粒（PM2．5）為例，普通測試點達標率為89．9％，自行排放測試點的達標率為86．2％（2015年普通測試點的達標率為88．7％，自行排放測試點的達標率為88．3％），整體呈現(xiàn)出持續(xù)改善的趨勢。就日本北部九州地區(qū)及四國地區(qū)的瀨戶內(nèi)海地域的普通測試點為例，仍存在環(huán)保標準達標率較低的地區(qū)（圖2）。另外，以光化學氧化劑（Ox）為例，普通測試點、自行排放測試點的環(huán)保標準達標率均為0％，這種狀況目前仍亟待改善。另一方面，由于與Ox的生成密切相關(guān)，因而日本國內(nèi)進一步強化了NO2及碳氫化合物（HC）的法規(guī)標準，雖然在上述領(lǐng)域已取得一定成效，但在整體上仍未得以顯著改善，依然有進一步提升的空間。從2018年起，日本國內(nèi)廢氣排放法規(guī)中的試驗循環(huán)由JC08工況調(diào)整為全球統(tǒng)一輕型車試驗循環(huán)（WLTC）工況，汽油車、液化石油氣（LPG）汽車要達到與JC08工況下的相近水平。從2018年10月開始，以重型汽車為研究對象，引進了先進的車載故障診斷（OBD）系統(tǒng)，并逐步擴大了其應用范圍。此外，據(jù)2019年2月公布的消息稱，自2020年12月起，日本國內(nèi)將對汽油車執(zhí)行PM排放的相關(guān)法規(guī)。為了對汽車交通噪聲狀況進行評估，調(diào)查對象約為8721400戶住戶，并在以下時段實施噪聲評價：白天（6∶00～22∶00），夜晚（22∶00～6∶00），其中有某個時段產(chǎn)生的噪聲超過了環(huán)保標準的居民住戶數(shù)量為532200戶（占比6．1％），與2018年的數(shù)據(jù)處于同等水平。另一方面，2017年度由日本國內(nèi)交通運輸系統(tǒng)所排放的CO2總量為2．13×108t，相比上一年約減少0．8％。源于汽車的CO2排放量約占總量的86．2％，故目前汽車仍為CO2的主要排放源。源自汽車的CO2排放量相比2001年的峰值排放量降低約20％，與貨物運輸密切相關(guān)的CO2排放量仍在繼續(xù)減少中。此外，與2017年相比，除私家車以外的客車CO2排放量也得以大幅減少（表1）?？烧J為，專用汽車中的混合動力汽車已在逐漸普及，并且已取得一定成果，該態(tài)勢目前仍會持續(xù)下去。近年來，美國方面也快速推進了針對汽車燃油耗與CO2排放的改善進程。2017年美國企業(yè)的平均燃油耗為24．9mile／g①。世界各國的汽車燃油耗標準及CO2排放法規(guī)的強化已初見成效?？紤]到燃油耗標準與CO2排放有直接聯(lián)系，相關(guān)科研人員根據(jù)2017年12月的標準進行歸納，于2019年3月29日規(guī)定了2025年重型汽車的燃油耗標準。就2020年燃油耗標準限值而言，在進一步削減能源消耗的形勢下，電動汽車（EV）及插電式混合動力汽車（PHEV）的推廣應用將成為該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。由于燃油耗標準與稅制政策等因素密切相關(guān)，針對EV及PHEV的評價方法將對其今后的普及工作與能量轉(zhuǎn)換流程產(chǎn)生一定影響，針對該領(lǐng)域的研究方向也逐漸引起科研人員的關(guān)注。從近年的汽車燃油耗發(fā)展趨勢來看，改善燃油耗的技術(shù)已被世界各國廣泛采用，進一步改善燃油耗的趨勢仍在繼續(xù)。目前，汽車的混合動力化進程已取得一定成果。在內(nèi)燃機領(lǐng)域，除了日產(chǎn)汽車公司向國外市場投放了可變壓縮比發(fā)動機之外，由馬自達公司推出的采用高效燃燒控制技術(shù)的SKYACTIV－X機型同樣也已投放市場。另一方面，主動采納這類技術(shù)的企業(yè)并不多，車用內(nèi)燃機技術(shù)的進展并不顯著。近年來以車型的升級換代為契機，燃油耗居高不下的情況依然普遍存在。每當先進技術(shù)得以投入使用，就會在一定程度上改善燃油耗限值。究其原因，總體上有如下3點：（1）由于安全設(shè)備實現(xiàn)了標準化應用，車輛自重有所增加；（2）自2016年以后，對于滿足2015年燃油耗標準的企業(yè)而言，通過企業(yè)平均燃油耗標準（CAFE）而進一步改善燃油耗的效果并不顯著，致使部分車型的燃油經(jīng)濟性反而惡化；（3）由于車輛其他性能的提升，致使燃油耗同樣有所惡化。由此出發(fā)，充分優(yōu)化發(fā)動機及動力總成，并采用其他相關(guān)先進技術(shù)，逐步達到了改善汽車燃油耗的目的。

2車輛環(huán)保技術(shù)的發(fā)展情況

下文以2018年度投放至日本國內(nèi)市場的車型為例，研究汽車燃油耗及廢氣排放的優(yōu)化技術(shù)。燃油消耗量等參數(shù)及其圖表等數(shù)據(jù)，充分參考了企業(yè)資料、商品目錄及項目記錄。2018年7月，斯巴魯公司對其“Forester”車型進行了全面升級換代（圖3）。被稱為新版“e－BOXER”的車型配裝了混合動力系統(tǒng)，并成功投放市場。該車型動力系統(tǒng)在2．0L汽油機上組合了功率為10kW的電機，并已應用到該公司旗下的四輪驅(qū)動（4WD）車型中。采用混合動力系統(tǒng)的4WD車型并不多見，少數(shù)4WD車型無需通過發(fā)動機驅(qū)動。由于4WD車型基本已實現(xiàn)了整車電動化，從而具有顯著的里程碑意義。e－BOXER車型在JC08工況下的燃油耗為18．6km／L，相比2020年的燃油耗標準提升了10％～20％（車輛質(zhì)量的不同，燃油耗標準的達標率也會相應存在差異）。另一方面，按照WLTC測試的燃油耗為13．2km／L。由于該燃油耗與處于同一水平下的2．5L汽油機的差異較小，在下一階段執(zhí)行WLTC試驗循環(huán)規(guī)定標準的情況下，其燃油耗優(yōu)勢并不大。斯巴魯公司后續(xù)將投產(chǎn)以該車型為原型的改進車型或者PHEV車型。2018年10月，斯巴魯公司配裝了相同系統(tǒng)的“XVADVANCE”車型也已成功投放市場。2018年7月，本田公司的“ClarityPHEV”車型成功上市銷售（圖4）。在JC08工況下，該車型在EV模式下的續(xù)航里程為114．6km，按WLTC測試為101．0km，燃油耗分別為28．0km／L與24．2km／L。乘用車每日續(xù)航里程的中位數(shù)約為30km。由于在EV工況下?lián)碛邢喈斢谠撝形粩?shù)數(shù)倍的續(xù)航里程，因此該車型在日常生活中可作為EV車型使用。在長途行駛時，該車型僅需補充汽油，同時不會損害車輛的使用便捷性，并使環(huán)境負荷降至最低限度。從價格層面考慮，通常認為該車型目前難以快速普及，而以ClarityPHEV車型的推出為契機，其在小型車領(lǐng)域?qū)⒌靡酝茝V應用，會顯著推動相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。2018年7月，Mercedes－Benz公司對“C－Class”車系投放了相應款式的改型車（圖5），包括動力總成在內(nèi)的改進點多達6500處。其中較引人關(guān)注的是“C200”車型，其采用了48V輕度混合動力系統(tǒng)（BSG），發(fā)動機排量則由原來的2．0L縮減到1．5L。BSG中的電動發(fā)電機功率為10kW，與上文所述的“Forester”車型的驅(qū)動電機功率相同。該車型在JC08工況下的燃油耗為13．6km／L，按WLTC試驗循環(huán)測試的燃油耗為12．9km／L。其燃油耗比技術(shù)改良前的原車型更低，同時基于2015年燃油耗標準的達標率已超過5％。該燃油耗標準的實施經(jīng)歷了艱難歷程。另外，即便C200車型不采用混合動力系統(tǒng)，與配裝了普通1．6L渦輪增壓發(fā)動機的車型相比，由于其搭載設(shè)備數(shù)量增加，整車質(zhì)量相應增加，導致燃油經(jīng)濟性降低?？紤]到當前的技術(shù)水平，“BSG＋縮缸強化”可使燃油經(jīng)濟性有所改善。2019年3月，配裝有BSG的“E300”車型也成功投放了市場。2018年8月，三菱公司對“Outlander－PHEV”車型進行了改良（圖6）。在JC08工況下，該車型EV模式下的續(xù)航里程為65．0km；采用WLTC試驗測試循環(huán)時，其EV模式下的續(xù)航里程為57．6km，燃油耗分別為18．6km／L與16．4km／L。該車型驅(qū)動系統(tǒng)采用4WD模式，前輪裝備了最大功率為60kW的電機；后輪則裝備了最大功率為70kW的電機，并使發(fā)動機的排量由原來的2．0L增加到2．4L。雖然該車型主要利用電機以實現(xiàn)EV模式下的行駛，但在高速行駛工況下則仍以發(fā)動機為動力來源，力求在提高行駛性能的同時，逐漸改善環(huán)保性能。2018年12月，豐田公司對“Prius”車型進行了部分改良。豐田公司雖未對動力總成系統(tǒng)加以特殊改動，但出于對車輛環(huán)境性能方向的調(diào)整，車型的最佳燃油耗值由40．8km／L（JC08工況）降至39．0km／L。燃油耗值有所降低的主要原因是源于標準化設(shè)備的應用，導致車輛自重增加。雖然車輛自身性能并未降低，但作為日本國內(nèi)具有較好經(jīng)濟性的車型，相關(guān)指標仍有待進一步提升。2019年1月，日產(chǎn)公司“Leafe＋”車型（圖7）?！癓eafe＋”車將以往322km的WLTC工況續(xù)航里程延長到458km，而該車型在JC08工況下的續(xù)航里程為570km，能量密度提高約25％。針對質(zhì)量有所增加的狀況，日產(chǎn)公司將該車型驅(qū)動電機的最大功率提高到了160kW，改善了高速條件下的加速時間等性能參數(shù)。在JC08工況下嘗試通過優(yōu)化燃油箱容量以延長續(xù)航里程時，部分跑車也存在達不到570km續(xù)航里程的情況。該車型在實際道路行駛條件下的使用效果尚有待驗證，但在解決EV續(xù)航里程能力等方面，“Leafe＋”車型可與傳統(tǒng)汽油車型一較長短。“Leafe＋”作為可投入量產(chǎn)的車型產(chǎn)品能躋身于市場前列，可稱得上意義重大。2016年廢氣排放法規(guī)關(guān)于重型車的適用范圍有所擴展。2017年，該法規(guī)主要針對中型及小型載貨汽車而進行調(diào)整。2018年，日本國內(nèi)針對牽引車開始執(zhí)行2016年的廢氣排放法規(guī)，各生產(chǎn)商改進后的車型已逐步投放至市場。2018年5月，日野公司對其“Profiatractor”車型實施了改良。牽引車雖然難以滿足重型汽車的燃油耗標準，但經(jīng)此次技術(shù)改良，不但滿足了2016年廢氣排放法規(guī)，而且部分車型的燃油耗等級相比2015年的燃油耗標準可實現(xiàn)超出5％的水平。傳統(tǒng)的12檔機械式自動變速器（AMT）也進一步調(diào)整為16檔變速器（ProShift16）。本車型的設(shè)計過程重點考慮了對燃油耗的改善，例如通過對車體形狀的最優(yōu)化處理以降低空氣阻力（圖8）。就最新的重型汽車燃油耗試驗法而言，部分數(shù)據(jù)將采用實測值，而以往各類車型曾統(tǒng)一采用行駛阻力值。試驗方法的變動，會進一步改善汽車燃油耗。圖8日野公司的“Profia”車型用于降低空氣阻力的措施2018年10月，五十鈴公司對其“Elf”車型進行了技術(shù)改良。以往該公司的小型載貨汽車并未采用氮氧化物（NOx）后處理裝置，但在此次的技術(shù)優(yōu)化過程中，除了在排氣歧管的下游位置布置了柴油機顆粒排放處理器（DPD）之外，還配備了帶尿素噴射的選擇性催化還原系統(tǒng)（SCR）（圖9）。隨著智能噴油精度校正技術(shù)（i－ART）的應用，以此逐步改善燃油經(jīng)濟性。在配裝了怠速停止機構(gòu)的車型上，其燃油耗相比2015年燃油耗標準可超出10％（除了部分4WD車型）。2019年1月，日產(chǎn)UD卡車公司對其“Quon”車型進行了技術(shù)改良。該車型最大的技術(shù)特點是采用了排量為8L的發(fā)動機（圖10）。通常，整車質(zhì)量為25t的重型汽車須配裝排量為9～13L的發(fā)動機，該款新機型有效減小了整機尺寸。就該類重型汽車而言，由于其單位質(zhì)量的排量較小，通過尺寸小型化而對燃油耗的改善效果同樣較為有限。另一方面，整車質(zhì)量會受到相關(guān)法規(guī)的限制，假設(shè)排氣后處理裝置等設(shè)備數(shù)量增加，車輛自重會相應增加，必然會減少最大載質(zhì)量，由此降低了車輛的市場價值。因此，通過減小發(fā)動機尺寸，實現(xiàn)輕量化具有顯著意義。該款8L發(fā)動機一方面可輸出262kW的功率，另一方面相比傳統(tǒng)的10．5L發(fā)動機又實現(xiàn)了輕量化。該機型質(zhì)量約為300kg，充分滿足了2016年的廢氣排放法規(guī)要求，并超過2015年燃油耗標準約5％。

3結(jié)語

在日本國內(nèi)執(zhí)行全新的燃油耗標準前期，可看到針對整車燃油耗的改善工作略有停滯。出現(xiàn)此類現(xiàn)象的原因，一方面是因為對傳統(tǒng)內(nèi)燃機進行技術(shù)改良的效果有限，同時為滿足用戶需求，采用了安全設(shè)備；另一方面，則是因為須滿足內(nèi)燃機的實際行駛排放物（RDE）等全新法規(guī)。今后，在執(zhí)行RDE及排放顆粒數(shù)（PN）法規(guī)時，能否維持燃油耗的持續(xù)優(yōu)化趨勢，尚無法充分預測。在技術(shù)、成本、政治、經(jīng)濟、基礎(chǔ)設(shè)施等因素協(xié)調(diào)發(fā)展的過程中，汽車技術(shù)會朝怎樣的方向發(fā)展，未來的數(shù)年將會成為關(guān)鍵時期。

作者:鈴木央一