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

WVU報告書表紙
(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資料:Defeat Device禁止資料
(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)

主要国別対象台数(千台)
(截至2015年10月8日,MarkLines根据各国报道统计)

 

 



事件起因

EPA資料
(EPA通告资料)
CARB資料
(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

排気システム概要

 (资料:MarkLines制作)

EA288发动机:GEN3(第三代) 配套示意图

GEN3 搭載図
(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。

WVU報告書24頁
(资料WVU报告书第24页)


MarkLines資料
(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。

WVU報告書62頁
WVU報告書63頁
(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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