Euro 6期排放標準上路 汽車製造商成本再上升

文 許鴻德

 

隨著先進國家公民對空氣品質的逐漸重視,關於汽車廢氣排放的法規不斷進步、並且推動了內燃機引擎科技的創新。在汽車誕生的前90年中,關於限制前述有害氣體排放的規定付之闕如,因此汽車成為地球上最大的空氣污染來源。為了抑制這些有害氣體的產生,促使汽車製造商改進產品以降低有害氣體的產生,歐盟成員國與美國先後制定了相關的汽車排放標準。其中,歐盟標準又廣為亞洲各國(包括中國大陸與台灣)汽車監管單位所借鑒,最近的例子就是為了進一步改善車輛排放問題,台灣環保署於2009年7月29日公告加嚴車用汽柴油成分管制標準,更於2009年10月底發佈第5期排放標準(以Euro 5排放標準為基礎),並於2012年1月1日開始實施。歐盟市場從1992年起開始實施Euro 1標準至今已經演進至Euro 5標準,2006年12月13日歐洲議會通過了最新版本的汽車排放標準:Euro 5和Euro 6標準,分別計畫於2009年(從2011年開始全面實施)和2014年實施。歐盟議會希望透過逐步推動日益嚴格的排放標準來推動汽車工業的進步,沒有達到標準的車輛即喪失了在歐盟國家銷售的資格,但是新標準不適用於已經售出的車輛。

 

Euro 5及Euro 6標準大幅要求降低的PM懸浮微粒對人體健康的負面影響近年來逐漸受到重視,而Euro 5及Euro 6新標準的實施,包括轎車與商用車(巴士)的PM懸浮微粒及其他有害物質排放量將大幅降低。

 

有害物質排放將再次降低

 

事實上,不論是當初規格的制訂與全面實施的時間表,Euro 5與Euro 6標準都被視為是循序漸進的兩階段目標!兩種標準轉換過程中亦有Euro 5+標準作為緩衝準備。對比於2005年開始實施的Euro 4標準,2009年9月開始實施的Euro 5標準進一步限制了汽油和柴油車輛被認為對人體有害的氣體排放。若仔細分析內容,可發現Euro 5標準的新內容主要是針對柴油、汽油轎車及輕型商用卡車,而Euro 6標準更是主要針對柴油車輛。在進行更深度的討論前,讓我們先瞭解汽車排放氣體的組成。內燃式引擎在運作過程中會排出包括CO(一氧化碳)、HC+NOx(碳氫化合物和氮氧化物)、PM(Particulate Matter、即懸浮微粒碳煙)等有害氣體。這些有害氣體產生的原因各異,CO是燃油氧化不完全的中間產物、HC是燃料中未燃燒的物質、NOx則是燃料(汽油)在燃燒過程中產生的物質、PM也是燃油燃燒時缺氧的產物(柴油引擎較多,因為柴油引擎採用加壓燃燒的方式,而柴油在高溫高壓下裂解更容易產生大量肉眼看得見的碳煙)。

 

若Euro 6標準(每公里5mg)開始實施,考慮到目前的科技、在排氣管安裝昂貴的DPF過濾器是唯一可行的方式,目前DPF已被要求作為柴油車輛的標準配備(在歐洲市場)

 

Euro 5及Euro 6標準大幅要求降低的PM懸浮微粒對人體健康的負面影響近年來逐漸受到重視!科學家用PM之後的數字來代表懸浮微粒的尺寸,其中尺寸更小的PM2.5(指的是直徑小於或等於2.5微米的懸浮微粒)由於直徑還不到人的頭髮絲粗細的1/20而不易被阻擋,被吸入人體後會直接進入支氣管並干擾肺部的氣體交換,引發包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病,大氣中PM2.5微粒的主要來源是日常發電、工業生產、汽車廢氣排放等過程中經過燃燒而排放的殘留物。正常人每天平均要吸入約1萬升的空氣,進入肺泡的PM2.5微粒可迅速被吸收、不經過肝臟解毒直接進入血液循環至全身,甚至加重呼吸系統疾病、並引起充血性心力衰竭和冠狀動脈等心臟疾病。

 

Euro 6標準的實施更要求增加對廢氣污染物監測與控制的能力,多數車廠選擇採用GDI/FSI燃油缸內直噴技術加壓啟動的方式縮短引擎達到工作狀況的時間,以進一步降低污染物排放。

 

所幸由於Euro 5及Euro 6新標準的實施,包括轎車與商用車(巴士)的PM懸浮微粒及其他有害物質排放量將大幅降低:對於汽油引擎車輛而言,氮氧化物的Euro 5排放標準是每公里60mg,而Euro 4標準和Euro 3標準僅分別為80和150mg。碳氫化合物Euro 5排放標準為每公里75mg,而Euro 4標準和Euro 3標準分別為100 mg和200 mg。Euro 5和Euro 6排放標準大幅度提高了對小轎車和客車在懸浮微粒和氮氧化物排放量方面的要求。按照Euro 5排放標準,柴油轎車的懸浮微粒排放量將減少80%;而實施Euro 6標準後,柴油轎車的氮氧化物排放量將再比Euro 5標準時期減少68%(由235mg/公里降低至105mg/公里)。

 

Euro 6標準的推出雖然受到環保人士的歡迎,但對歐洲汽車製造商卻帶來了巨大的成本挑戰,甚至對商用車產品也影響明顯。

 

新標準對車廠生產成本的影響

 

過去Euro 4標準中對於大型SUV車型和車重在2500公斤以上的四輪驅動車輛存在法規漏洞,而相對於Euro 4標準對於載座超過5人以上客車採用較為寬鬆的立場。Euro 5與Euro 6標準排放標準收緊了對多人客車的優待,尤其是對SUV休旅車和7座以上的客車採用更加嚴格的排放要求,車重在2500公斤以上客車(包括SUV車型)將無法像過去一樣採用輕型商用卡車的檢測標準。但由於Euro 6為Euro 5的延伸標準,加以從2009年9月起,所有在歐洲銷售的全新問世的柴油車型必須加裝柴油微粒過濾器(DPF、或稱為微粒捕集器),所以Euro 6新標準的實施的挑戰性不若當時Euro 4演進至Euro 5那麼高。

 

從2013年第二季開始,BMW旗下幾乎所有搭載TwinPower Turbo汽油引擎的車款都全面符合Euro 6標準,而2014年式M系列性能車型以及搭載直六引擎的Z4也將會陸續符合。

 

Euro 6標準的推出雖然受到環保人士的歡迎,但對歐洲汽車製造商卻帶來了巨大的成本挑戰,因為新標準的實施更要求增加對廢氣污染物監測與控制的能力:例如Euro 5+標準之後的OBD車載診斷系統就增加了市場診斷頻度IUTR(In Use Performance Ratio)功能以及對NOx氮氧化物、PM懸浮微粒排放量的監測。多數車廠選擇採用GDI/FSI燃油缸內直噴技術加壓啟動的方式縮短引擎達到工作狀況的時間,以進一步降低污染物排放(超過50%的污染物在引擎啟動後100秒之內已經生成)。

 

Audi工程師採用更高效的汽缸燃燒技術(搭配缸內直噴和渦輪增壓技術),以達到增加馬力同時降低排放的效果並滿足Euro 6標準。

 

另外歐洲車廠都已在現有柴油車型內加裝DPF,然而這項裝置仍屬耗材之一,待過濾器形成堵塞狀況便需進行更換,即使是宣稱「免更換」之過濾系統,仍具有極高機率因碳微粒逐漸累積而造成過濾器堵塞或破損。而且過濾器內部之設計及材質亦十分精密、稀少,耗材成本自然價格不菲。以VW集團為例,其選用的DPF模組成本將近1,000歐元,若出口至亞洲國家、車輛將增加將近2,000歐元的售價(計入進口關稅後)。

 

因為柴油引擎採用加壓燃燒的方式,燃油經過加壓後注入汽缸並引發自燃,而柴油在高溫高壓下裂解更容易產生大量肉眼看得見的碳煙。

 

歐洲車廠應對策略與未來發展方向

 

面對即將實施的新標準,歐洲汽車製造商早已做好了準備!從2013年第二季開始,BMW旗下幾乎所有搭載TwinPower Turbo汽油引擎的車款都全面符合Euro 6標準,而2014年式M系列性能車型以及搭載直六引擎的Z4也將會陸續符合Euro 6標準;至於柴油引擎方面,原廠也計畫導入BMW BluePerformance技術、使旗下柴油車款也能夠達到最新標準。VW集團則升級其EA888第三代引擎系列,該系列引擎具有模組化設計、適合1.8升和2.0升的主流排氣量,同時集缸內直噴、渦輪增壓、可變氣門正時等一系列先進技術於一身,實現了動力與經濟環保的結合,未來將使用於該集團的主力產品內。Audi更升級了先前的2.5升5缸汽油引擎來面對Mercedes車廠AMG系列的2.0升4缸渦輪增壓引擎,Audi工程師採用更高效的汽缸燃燒技術(搭配缸內直噴和渦輪增壓技術),以達到增加馬力同時降低排放的效果。AMG調校的2.0升四缸引擎最大功率為261kW,而Audi的2.5升5缸TFSI引擎將由目前的250kW功率輸出調高至超越對手10匹馬力,這具引擎也將滿足Euro 6標準。

 

相對於Euro 4,Euro 5與Euro 6標準排放標準收緊了對多人客車的優待;車重在2,500公斤以上客車(包括SUV車型)將無法像過去一樣採用輕型商用卡車的檢測標準

行文至此,可能有讀者好奇為環保耗費鉅資是否值得?這個答案顯然是肯定的,根據美國醫學專業人士的預估,各種來源的柴油引擎廢氣(包含汽車、貨車、火車與道路外機具等)所導致的癌症、氣喘、支氣管炎與其他疾病而損失的250萬個工作天,如果能避免釋出這些空氣污染物,到2030年,全美國每年省下的醫療成本將可達到1,500億美元。 Euro 6標準的開始實施也對其他國家造成影響:日本和美國已經制訂了新標準的時間表。亞洲、非洲和南美洲的新興國家也逐步跟進。

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