大众汽车和柴油车尾气问题 (1)
作弊软件与事件起因
2015/10/28
概 要
 (资料WVU报告书封面) |
大众的作假问题使得柴油的未来乌云笼罩。在柴油的主场欧洲不温不火的NOx (氮氧化物) 问题在美国点燃了导火索。
在排气试验固定的条件下测定的值，在实际行驶时，会由于行驶条件和驾驶员的偏差而产生差异，这称之为Off Cycle问题。欧洲2014年实施“欧 6” (最新排气限制) 时，柴油车排气方面也产生了这个问题。然而，大众并非因为其原因之一的条件不同，而是其作弊的行为对全世界造成了冲击。而且是全球数一数二的整车厂引发如此事端。
此次美国 ICCT (International Council for Clean Transportation) 与WVU (West Virginia University) 对大众 2.0升柴油车在普通道路上的测试结果显示，NOx排放量的Off Cycle问题之高令人难以信服，并最终发觉是作弊软件“失效保护器” (Defeat Device) 在产生作用。
本报告将介绍目前已查明的事实及其经过和背景。
大众的作假问题：失效保护器 (Defeat Device)
(EPA资料：Defeat Device禁止资料) |
汽车排放的有害成分1970年代的马斯基法以来，在全世界范围内都进行了限制。目前限制最严格的是美国，在联邦 (49州：加利福尼亚州以外) 和加利福尼亚州分别实施不同的排放规定。联邦由EPA (环境保护局)、加利福尼亚州由CARB (加州空气资源局) 制定规定值，对各整车厂的尾气排放值进行认证和管理。排放规定值必须确保在相当于车辆寿命的12万英里 (19万km) 内始终有效。为此，EPA及CARB定期对在市场上销售的车辆进行排气性能的检测。
一直被认为符合Tier 2 Bin5联邦排放规定的大众8款车型 (在50个州销售) 违反了 CAA (清洁空气法)。具体来说，违反了CAA Section 203(a)(3)(b) 规定的“失效保护器 (Defeat Device)”禁止使用事项。所谓的“失效保护器”是指，在排放试验模式中，虽然排气控制系统有效运作，但在实际一般道路上行驶时，使系统停止运作的装置或程序。说到其存在的原因，排气性能与燃效及行驶性能之间存在利益悖反的关系，测试模式以外的条件下，提高车辆商品力成为主要目的。
美国自1990年起在法律中明文规定禁止“失效保护器”，欧洲则从2001年起根据欧共体指令进行明文规定。整车厂在进行认证时，如存在类似的系统，需提交报告，并取得认可。此次大众将“失效保护器故意安装在排气控制系统中”的事实被曝光。由于作弊的车辆还包括2008年取得Tier 2 Bin5认证、获得“Green Car of the Year”奖项、并成为当年清洁技术领军车型的捷达，因此反响强烈。
召回内容
EPA公开在全美召回对象车辆为排量2.0升的EA189与EA288发动机系列配套车，累计达48.2万辆。据CARB称，大众的排气控制系统自投放2009款车型起，先后经历了GEN1、GEN2、GEN3三代技术。GEN3的发动机本体从EA189更新至EA288，还大幅改善了功率和燃效。GEN3配套车型中，2015款车型已获得认证并上市，但2016款车型由于是“失效保护器”的验证对象，因此尚未在美国上市。
此外，EA189发动机是大众投放美国市场的首款符合联邦规定值Tier 2 Bin5的清洁发动机，其基础发动机在全球广泛使用。据悉，“失效保护器”的违反车辆在全球达到1,100万辆。有报道称，大众作为召回对策， 2015年第3季度除了计入65亿欧元的储备基金以外，到2019年为止每年还将储备10亿欧元的对策费用，但具体对策仍不明确。
违反对象车辆 (全美)
| 车名 | 车型年份 | 配套发动机 | 数量 |
|---|---|---|---|
| Jetta ＊ | 2009～2015 | EA189、EA288 (2.0升直喷涡轮 柴油发动机) | 48.2万辆 |
| Jetta Sportwagen | 2009～2014 | ||
| Beetle | 2012～2015 | ||
| Beetle Convertible | 2012～2015 | ||
| Audi A3 | 2010～2015 | ||
| Golf Sportwagen | 2015 | ||
| Golf | 2010～2015 | ||
| Passat | 2012～2015 |
＊2008年在美国刷新了柴油发动机车的Tier 2 Bin5值，获得“Green Car of the Year”奖项 (MarkLines根据EPA公告制作)
(截至2015年10月8日，MarkLines根据各国报道统计)
事件起因
(EPA通告资料) |
(CARB通告资料) |
2015年9月18日，EPA召开记者发布会，向大众发出NOV (Notice of Violation＝违法通知)。
同时，CARB也向大众发出信函，要求其对采用“失效保护器”的车辆采取恰当的措施和解决方案。
CARB表示，此次作假门的导火索源自2014年5月ICCT (International Council for Clean Transportation) 和 WVU (West Virginia University) 对大众柴油车在一般道路上的排放测定结果。WVU对大众车进行测试的结果显示，NOx在一般道路上行驶时排放量显著增加，对此产生疑问，并将该结果报告给了CARB、EPA。
CARB、EPA 与大众就该结果辩论及验证长达数月，最终于2014年12月，大众同意并实施了针对Jetta、Golf、Passat等车型配套的2.0升柴油发动机车的排气控制系统中第一代 (GEN1：Generation1) 及第二代 (GEN2：Generation2) 用控制软件的自主召回，并进行修正。据悉，召回数量达50万辆 (其中加利福尼亚州5万辆)。
CARB警告称，如证实试验结果不充分，就需要进行再次召回。根据2015年5月CARB的证实结果，未能满足认证测试规定値。此外，虽然在一般道路上的NOx值获得改善，但依然偏高。7月与大众共享其结果并进行了辩论。还与EPA共享了结果。与大众进行多次技术会议后，2015年9月3日大众终于首度正式承认，仅在认证测试时启动的作弊软件，即“失效保护器”连续安装于第一代 (GEN1) 、第二代 (GEN2) 和第三代 (GEN3) 排气系统。该“失效保护器”在向EPA和CARB申请认证时并未申报。
2015年9月18日，CARB通知大众，2014年12月进行的自主召回无效，大众应立即采取必要的措施。同时表示，决定开始强制调查所有配套2009款至2015款大众2.0升柴油发动机的车型，期待得到大众的协助。
2015年10月8日(美国东部时间)，美国大众的总裁在众议院听证会上进行证言，并承认大众的责任，进行了道歉。
WVU (West Virginia University) 调查报告书
WVU调查报告书在2014年5月作为最终报告书，呈报给CARB、EPA。政府根据该报告书，与大众进行了长达1年多的辩论，并进行了验证试验，最终证明失效保护器的确存在。
根据WVU的调查报告书，对3辆柴油车进行道路行驶时的排气测定，结果出现令人无法理解的现象。例如：
●在普通道路上，测试车辆的NOx排放量超出规定值的15-35倍左右。
●DPF (柴油颗粒滤清器) 在回收废气时产生大量NOx。
●在平地 (高度0) 的高速公路上匀速行驶时NOx排放量较低，但在有山坡的郊区道路上大量产生。LNT (NOx催化还原系统) 配套车的排放水平大于SCR (尿素喷射系统) 配套车。
等
3辆测试车辆的参数
| 今回召回对象：大众 2升柴油涡轮车 (配套EA189发动机) | 3升直列6缸 柴油涡轮车 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 测试使用车辆 | A (Jetta) | B (Passat) | C (宝马 X5) | ||
| 租赁车 | 私家车 | 租赁车 | |||
| 初始行驶里程 | mile | 4,710 | 15,226 | 15,031 | |
| Curb Weight *1) | kg | 1550 | 1570 | 2370 | |
| 发动机排量 | L | 2.0 | 3.0 | ||
| 增压 | 中冷器涡轮 | ||||
| 马力 (kW) | 104@4200rpm | 198 | |||
| 扭矩 (Nm) | 320@1750rpm | NA | |||
| 后处理装置*2) | OC+DPF+LNT | OC+DPF+urea-SCR | OC+DPF+urea-SCR | ||
| 第N代 | GEN1(第1代) | GEN2(第2代) | |||
| Nox处理 | NOx催化还原 | 尿素喷射系统 | |||
| 驱动方式 | FF | 4WD | |||
| 排气标准 | EPA *3) | Tier 2 Bin5 | Tier 2 Bin5 | ||
| CARB | LEV-II ULEV | LEV-II LEV | |||
| EPA燃效 | City | 29 | 30 | 19 | |
| Highway | 39 | 40 | 26 | ||
| mpg | Combined | 33 | 34 | 22 | |
| EPA CO2 | g/km | 193 | 186 | 288 | |
| 注記 *1) | Curb Weight：整备质量 (不含乘员) |
| *2) | OC：氧化催化剂、DPF(Diesel Particulate Filter)：柴油颗粒滤清器、LNT(Lean Nox Trap)：NOx捕捉催化剂、urea-SCR(Selective Catalytic Reduction system)：尿素喷射NOx还原系统 |
| *3) | Tier 2 Bin5 NOx规定值：行驶10年/12万英里后，NOx：0.07g/mile(＝0.044g/km) |
(MarkLines根据WVU报告书制作)
大众北美市场2.0升柴油发动机车的排气系统概要
(资料：MarkLines制作)
EA288发动机：GEN3(第三代) 配套示意图
(CARB资料：Lower NOx Heavy-Duty Diesel Engines Technology Assessment 9/2/2014)
WVU的5种行驶模式
WVU在一般道路行驶时的5种行驶模式及认证测试行驶模式如下。
车速、加减速的频率模式等与认证测试 (FTP75) 不同，但时速范围等位于相同频率范围。
(资料WVU报告书第24页)
(MarkLines资料)
WVU测定的一般道路NOx测定値：认证值水平的15倍～35倍
由于行驶模式不同，Off Cycle问题的NOx排放値无法直接与规定值相比较，但作为参考，比绿线的规定值要高出许多。此外，按1→2→3、4 的顺序，NOx值依次变高。相比B车 (尿素水喷射系统)，A车 (LNT：还原催化系统) 的排放量更高。C车也采用的是尿素水喷射系统。
此外，作为参考，FTP75的Bag-3 (hot restart phase：参考MarkLines资料) 的测定値显示在最右，低于规定值。
(资料： WVU报告书第62、63页)
柴油的排放
热效率优异 (燃效高) 的柴油发动机在克服噪音、煤烟、颗粒物、NOx的问题后，最近被整车厂冠以清洁柴油、清洁技术等不同的名称，但通过利用其本质上的优势，成为降低CO2排放的重要角色之一。在柴油的主场欧洲，乘用车中柴油车的比例超过50％，马自达也打出“Skyactiv-D”的旗号，投放清洁高燃效的产品。
排气也随着高压喷射装置、共轨系统及后处理装置的进步，变得更清洁。然而，随着时代的发展，对燃效的要求越来越高，最新柴油技术和HV展开一场激烈竞争。要在即将到来的2021年实现欧洲车队平均CO2排放量95g/km的目标值，柴油发动机变得不可或缺。
另一方面，柴油发动机的排气控制系统相比汽油，后处理装置复杂，且难以控制。柴油特有的煤烟处理方面，DPF在煤烟累计到一定程度时，需要进行燃烧，而汽油的理论空燃比燃烧领域较多，因此可用三元催化器处理的NOx无法用空燃比较低的柴油发动机处理，暂时吸附NOx的LNT系统及尿素水喷射系统等后处理系统将变得庞大。在北美投放柴油车的梅赛德斯奔驰、宝马等整车厂也基本相同。
北美的排放规定
联邦 (49州) 与加利福尼亚州的排放规定不同。因此整车厂需要开发同时满足50州的2种规定的车型。此次大众的车型也涉及到2种规定，因此需要与EPA和CARB两方面进行交渉。此外，北美与日本不同，汽油车和柴油车的规定值相同，因此对于柴油车来说要求更严格。
规定值如下表所示：
Tier 2-Bin5 全寿命周期 (120,000 英里 / 10 年) 排放规定值
| NMOG (g/mile) | CO (g/mile) | NOx (g/mile) | PM (g/mile) | HCHO (g/mile) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Bin 8 | 0.125 | 4.2 | 0.2 | 0.02 | 0.018 |
| Bin 7 | 0.09 | 4.2 | 0.15 | 0.02 | 0.018 |
| Bin 6 | 0.09 | 4.2 | 0.1 | 0.01 | 0.018 |
| Bin 5 | 0.09 | 4.2 | 0.07 | 0.01 | 0.018 |
| Bin 4 | 0.07 | 2.1 | 0.04 | 0.01 | 0.011 |
| Bin 3 | 0.055 | 2.1 | 0.03 | 0.01 | 0.011 |
| Bin 2 | 0.01 | 2.1 | 0.02 | 0.01 | 0.004 |
| Bin 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Bin：整车厂可选择规定值的等级 (1最严格，依次递减)。(MarkLines资料)
第2篇报告将介绍各整车厂在北美的柴油车投放情况、美国、欧洲、日本规定的比较、Off Cycle问题等内容。 (参考资料) 1. WVU (West Virginia University) CAFEE Final Report:In-Use Emissions Testing of Light-Duty Diesel Vehicles in the United States、 作者Dr. Gregory J.Thompso 等 http://www.theicct.org/sites/default/files/publications/WVU_LDDV_in-use_ICCT_Report_Final_may2014.pdf 2. EPA资料 Defeat Device禁止资料: http://www2.epa.gov/sites/production/files/2014-06/documents/defeat.pdf EPA通告资料: http://www3.epa.gov/otaq/cert/documents/vw-nov-caa-09-18-15.pdf 3. CARB资料 CARB通告资料: http://www.arb.ca.gov/newsrel/in_use_compliance_letter.pdf EA288发动机: http://www.arb.ca.gov/msprog/tech/presentation/lowernoxdiesel.pdf (P15)
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