中国战略性新兴产业研究与发展·内燃机
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2.3 政策与法规

内燃机工业是一个政策性、法规性非常强的行业,在行业综合发展、产品技术进步、产品市场竞争力等方面受相关的政策、法规影响非常大。和其他行业一样,政策、法规对内燃机工业来说也是一把双刃剑,一方面在短期内会通过淘汰落后产能、间接提高产品成本等方式限制行业的发展;但另一方面从长远角度看政策和法规也是促进行业技术进步及良性发展的最大驱动力,应该说内燃机工业近20年来的快速发展、特别是在节能环保产品技术方面的快速发展并快速和国际接轨,很大程度上得益于政策和法规的发展,政策、法规对推动内燃机工业的技术进步、提高行业的整体竞争力、促进行业的快速发展功不可没。

政策、法规存在时效性和先进性问题以及与其他相关行业的政策法规是否相互匹配的问题,内燃机工业在发展过程中也由于政策法规的不完善、相互之间的不配套等问题受到过影响。在节能、环保要求越来越高的国际、国内大环境下,作为战略性新兴产业,内燃机工业目前也面临着来自新能源动力的挑战。内燃机工业能否在竞争中胜出或与新能源动力齐头并进,很大程度上也会受制于相关的政策法规的科学性、时效性、先进性、合理性以及与相关领域的匹配性。

2.3.1 主要政策

截止到2015年年底,内燃机的社会保有量已经突破4.5亿台,消耗各类原油和液化油总量超过了3.2亿t,与我国全年石油进口的总量相当,内燃机在大量消耗能源的同时,也排放出大量的废气,这被视为引发雾霾直接根源原因之一。

我国加大了对于节能减排的支持力度,尤其是对内燃机行业更是出台了不少相关的政策,促进内燃机行业向更加环保高效的方向发展。在这些政策中,以《中国制造2025》《大气污染防治行动计划》、国务院办公厅12号文件(即《加强内燃机工业节能减排的意见》)、国家工业和信息化部〔2012〕42号文件(即《关于开展甲醇汽车试点工作的通知》)和国家工业和信息化部〔2013〕406号文件(即《内燃机再制造推进计划的通知》)、国家工业和信息化部2015年第74号文《内燃机行业规范条件》等政策的作用最为突出。

1.《中国制造2025》

《中国制造2025》提出大力推动重点领域突破发展,节能与新能源汽车被作为重点突破领域之一。国家将继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展,掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术,提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术的工程化和产业化能力,形成从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系,推动自主品牌节能与新能源汽车同国际先进水平接轨。

《中国制造2025》一方面鼓励开发高效内燃机,为内燃机行业未来发展提供了重大机遇;另一方面汽车电动化也为汽车内燃机的发展带来了严峻挑战。因此未来10年将是汽车内燃机、特别是乘用车内燃机机遇与挑战并存的时代,如何通过和电动化、信息化的结合提高内燃机的竞争力将是未来10年值得内燃机行业研究的重大课题。

2.《大气污染防治行动计划》

大气环境保护事关人民群众根本利益,事关经济持续健康发展,事关全面建成小康社会,事关实现中华民族伟大复兴的中国梦。当前,我国大气污染形势严峻,以可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出。2013年,国务院出台了《大气污染防治行动计划》(以下简称“计划”),“计划”指出要强化移动源污染防治,提升燃油品质,加快淘汰黄标车和老旧车辆,加强机动车环保管理,严厉打击生产、销售环保不达标车辆的违法行为;加快柴油车车用尿素供应体系建设,开展工程机械等非道路移动机械和船舶的污染控制;加快推进低速汽车升级换代,不断提高低速汽车(三轮汽车、低速货车)节能环保要求,减少污染排放,促进相关产业和产品技术升级换代。大力推广新能源汽车,增加新能源和清洁燃料车的所占比例。

2014年4月,工业和信息化部发布了第27号公告。根据公告,为落实《节能减排“十二五”规划》和《大气污染防治行动计划》,促进大气污染防治,减少汽车尾气排放,2015年1月1日起国Ⅲ柴油车产品将不得销售。

3.《国务院办公厅关于加强内燃机工业节能减排的意见》

2013年2月《国务院办公厅关于加强内燃机工业节能减排的意见》(简称《意见》)指出,将以企业为主体,以市场为导向,以科技为核心,以示范工程为抓手,加强统筹协同,完善管理制度和政策标准体系,建立健全激励约束机制,加快内燃机节能减排新技术的研发、应用和产业化,推进内燃机替代能源多元化应用,推动再制造产业发展,降低内燃机燃油消耗率,提高我国内燃机产品的节能减排水平和内燃机工业的国际竞争力。到2015年,内燃机燃油消耗率要比2010年降低6%~10%,将培育一批汽车、工程机械用发动机等方面的再制造重点企业;实现高效节能环保型内燃机主机及其零部件生产制造装备的国产化、大型化;建立内燃机产品节能减排政策法规和标准体系。

《意见》对内燃机制造过程的节能十分重视,指出将重点推广薄壁铸造、精密铸锻、热处理及表面加工等绿色制造工艺,实现内燃机生产过程的节能节材;鼓励企业在新产品开发和出厂试验环节使用具有高效能量回收功能的交流电力测功器,回收利用内燃机测试过程中产生的余热和电能。

备受业界关注的双燃料、生物燃油内燃机也是《意见》中的重要内容。《意见》指出,鼓励替代燃料发动机与现有发动机制造体系兼容。积极发展柴油/天然气双燃料内燃机、生物柴油内燃机;开展汽油/甲醇双燃料点燃式内燃机、柴油/甲醇双燃料压燃式内燃机的应用试点工作;加强内燃机高效燃油替代燃料、有效控制非常规排放等基础研究,重点掌握耐醇燃料供应系统、天然气供应系统、点火及其电控系统等关键核心技术;开发适于内燃机应用替代燃料专用润滑油和排气后处理技术。

《意见》提出了压燃式内燃机高压燃油喷射系统示范工程、点燃式内燃机缸内直喷燃油系统示范工程、内燃机高效增压系统应用示范工程、节能节材型小缸径多缸柴油机应用示范工程、替代燃料内燃机应用示范工程、船舶柴油机能量综合利用示范工程这六大重点工程。其中,替代燃料内燃机应用示范工程将开展天然气单一燃料及天然气/柴油双燃料燃烧技术在车船用发动机上的推广应用,以及柴油/甲醇双燃料燃烧技术在载重车、船舶、机车、固定柴油发电机组用重型柴油机上的应用,提高燃料供应系统关键零部件的耐腐蚀性和可靠性。到2015年,通过推广应用天然气单一燃料、双燃料及生物柴油内燃机,实现替代商品燃油1000万t;通过推广应用甲醇燃料内燃机,实现替代商品燃油500万t。船舶柴油机能量综合利用示范工程将重点推动大型集装箱船、散货船和油船推广应用船舶柴油机机内净化、排气余热梯级利用及后处理技术,加强设备、系统优化组合和智能控制。到2015年,实现单船综合能效比2010年提高5%。

为了确保各项目标的顺利实现,《意见》提出了完善产业政策、健全标准体系、加强监督管理、加快技术创新体系建设、出台经济激励政策等一系列措施,指出将加快制定出台内燃机制造企业准入条件的有关规定,严格执行淘汰落后产品制度,发布内燃机节能产品推广目录;制定内燃机产品燃油消耗限值及测量方法标准和节能环保型内燃机产品技术标准,研究制定替代燃料内燃机产品技术标准和内燃机再制造工艺技术、产品质量、生产管理等标准;通过国家科技计划(专项)等渠道加大对内燃机节能减排技术研发的投入力度,加大内燃机工业技术改造投入力度,加快实施重点工程,加强企业技术研究中心能力建设,推动建设一批内燃机工业国家工程研究中心,强化跨部门、跨行业产学研的结合,提高内燃机工业自主创新能力,加快在内燃机产品节能减排关键核心技术方面取得突破。

4.《内燃机行业规范条件》

国家工业和信息化部2015年出台了《内燃机行业规范条件》,为内燃机行业设定了市场准入门槛,有效抑制盲目投资、低水平重复建设。该条件还将给行业内的领军企业带来更多机会,扶持行业领军企业加快技术创新体系建设,提高自主创新能力,带领整个行业的技术升级。《内燃机行业规范条件》通过准入门槛优化市场环境,为龙头企业解除发展中的后顾之忧,最终将其打造成具有国际综合竞争力的企业。

5.《关于开展甲醇汽车试点工作的通知》

随着甲醇燃料作为车用替代燃料越来越受到重视,使用甲醇燃料的汽车开发、试验等工作取得积极成果,结合我国国情,为全面科学评价甲醇燃料汽车技术现状、积累甲醇汽车运行管理经验、降低内燃机排放污染物,工信部于2012年发布了《关于开展甲醇汽车试点工作的通知》。《通知》指出在山西省、上海市、陕西省开展甲醇汽车试点,对高比例甲醇汽车的舒适性、可靠性、经济性、安全性、环保性等进行评价,明确甲醇汽车产品相关技术规范,制定标准,建立甲醇汽车相关标准体系。

6.《内燃机再制造推进计划的通知》

为落实《国务院办公厅关于加强内燃机工业节能减排的意见》,加快循环经济发展和节约型社会建设,促进内燃机工业形成循环型生产方式和消费模式,推动内燃机工业节能降耗,提升国际竞争力,根据《工业转型升级规划(2011—2015年)》,工信部于2013年发布了《内燃机再制造推进计划的通知》,指出要突出重点领域,尽快形成内燃机再制造产业化规模;加快技术创新,大力提升再制造技术能力和装备水平;发展逆向物流,保障再制造旧件稳定供应;完善标准体系,加强信息监管,规范再制造生产行为。

7.《汽车发展产业政策》

2009年国家发展和改革委员会出台了《汽车发展产业政策》,其中第八、九、十条对内燃机行业发展有着重大影响。第八条:国家引导和鼓励发展节能环保型小排量汽车。汽车产业要结合国家能源结构调整战略和排放标准的要求,积极开展电动汽车、车用动力电池等新型动力的研究和产业化,重点发展混合动力汽车技术和轿车柴油发动机技术。国家在科技研究、技术改造、新技术产业化、政策环境等方面采取措施,促进混合动力汽车的生产和使用。第九条:国家支持研究开发醇燃料、天然气、混合燃料、氢燃料等新型车用燃料,鼓励汽车生产企业开发生产新型燃料汽车。第十条:汽车产业及相关产业要注重发展和应用新技术,提高汽车的燃油经济性。2010年前,乘用车新车平均油耗比2003年降低15%以上。要依据有关节能方面技术规范的强制性要求,建立汽车产品油耗公示制度。

2.3.2 主要法规

经过30多年的发展,对内燃机技术发展有着重大影响的强制性法规包括排放法规、油耗法规、禁用物质法规等几大类已逐步得到完善。

1.轻型车与重型车排放法规

1983年我国颁布了第一批机动车排放标准,从控制汽油车和摩托车怠速排放的CO、HC浓度开始;柴油车控制自由加速烟度和全负荷烟度。1989年颁布了第二批机动车排放标准,包括:汽油车曲轴箱排放控制标准;轻型车底盘测功机测量运行工况下的质量排放标准,引用的是欧洲ECE1504法规。1993年颁布了汽油车燃油蒸发控制和重型汽油机的质量排放标准;燃油蒸发排放标准采用的是美国SAE碳罐收集法;重型汽油机的排放标准采用的是美国早期的稳态九工况测量方法。

从1999年开始,先后发布并实施了五个阶段的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》,轻型汽车的排放标准(GB 18352)。这些排放法规的实施,使得轻型汽车单车排放降低了90%以上,图2-1为轻型汽车主要排放物随排放法规降低幅度。标准的严格要求,促进了内燃机工业的技术进步和发展,带动了相关零部件行业的技术进步,为大气质量的改善做出了重大贡献。北京等城市开始提前实施“京Ⅴ”排放法规,预计2017年之后,将在全国范围内实施第五阶段排放法规,国家第六阶段排放法规的制定也已启动。

图2-1 轻型汽车主要排放物随排放法规降低幅度

重型汽车的排放标准,包括重型压燃式发动机排放标准(GB 17691)和重型点燃式发动机排放标准(GB 14762)。重型汽车发动机排放法规的实施使主要颗粒物和NOX两个排放物分别降低了94%和76%以上,图2-2为重型汽车主要排放物随排放法规降低幅度。不仅达到了保护环境的目的,也大大促进了电控系统、燃油喷射系统、排气后处理系统等相关零部件行业的技术进步,提高了我国重型柴油机产品的国际竞争力。

图2-2 重型汽车主要排放物随排放法规降低幅度

《车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法》于2001年4月16日发布,参照欧盟91/542/EEC指令。

第一阶段:相当于欧Ⅰ水平,型式核准试验自2000年9月1日起执行,生产一致性检查自2001年9月1日起执行;

第二阶段:相当于欧Ⅱ水平,型式核准试验自2003年9月1日起执行,生产一致性检查自2004年9月1日起执行。

《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国三、四、五阶段)》,修改采用了欧盟指令2001/27/EC的有关技术内容,于2005年5月发布,分别于2007年、2010年、2012年1月1日实施。

《车用点燃式发动机及装用点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法》,(GB 14762)于2002年11月发布,现已升级为GB 14762—2008。

2.非道路柴油机排放标准

GB 20891—2014 非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国第三、四阶段)。该标准规定了非道路移动机械用柴油机(含额定净功率不超过37kW的船用柴油机)和在道路上用于载人(货)的车辆用的第二台柴油机排气污染物排放限值及测量方法。该标准适用于非道路移动机械用,在非恒定转速下工作的柴油机的型式核准、生产一致性检查和耐久性要求。

GB 26133—2010《非道路移动机械用小型点燃式发动机排气污染物排放限值与测量方法(中国第一、二阶段)》于2010年12月30日发布,2011年3月1日实施;适用范围:非道路移动机械装用的净功率不大于19kW小型点燃式发动机;净功率大于19kW,但工作容积不大于1L的小型点燃式发动机,参照执行。控制的污染物:NOx、CO、HC;排放限值及相关管理要求,与欧盟指令相比主要不同点:增加了生产一致性保证要求;试验基准燃油符合中国燃油要求。测试方法:同欧盟法规的测试方法。

3.摩托车排放法规

由于摩托车排放控制技术水平相对落后,尽管摩托车发动机排量小,但其每公里排放污染物仍然高于轿车水平。

在整个机动车(包括汽车、摩托车)排放中,摩托车碳氢化合物(HC)的排放分担率较高,约占40%(2003年);摩托车的HC排放是全国小轿车的3倍,如图2-3所示(以2007年数据粗略计算);国内现在有大概90%的城市空气都是颗粒物的超标,细微颗粒物的超标跟HC是有很密切的关系;我国从1985年颁布了第一个摩托车怠速排放标准;1993年颁布了GB 14621—93《摩托车排气污染物排放标准》,包含工况法排放,引自ECE R40-00号法规,测量方法十五工况,控制CO、HC,以及怠速排放:控制CO、HC。2002年颁布了中国第一、二阶段(相当于欧Ⅰ、欧Ⅱ)摩托车排放标准:GB 14622—2002。2007年4月3日国家环保总局批准发布轻GB 14622—2007《摩托车污染物排放限值及测量方法(工况法,中国第三阶段)》和GB 18176—2007《轻便摩托车污染物排放限值及测量方法(工况法,中国第三阶段)》,图2-4为摩托车排放污染物随排放法规降低幅度。

图2-3 摩托车与轿车排放对比

图2-4 摩托车排放污染物随排放法规降低幅度

4.船用内燃机排放标准

ISO 8178—4:1996《往复式内燃机排放测量 第4部分:不同用途发动机的试验循环》针对不同类型的船用内燃机规定了五种测试循环E1~E5。该标准只是测量方法标准,没有限值要求。该船用内燃机测量循环已被世界上多个国家采用,中国、欧盟、美国、日本、韩国、土耳其和俄罗斯等国家和地区对船用内燃机的测试都采用了ISO 8178DE循环。GB/T 15097—2008《船用柴油机排气排放污染物测量方法》标准见表2-5。

表2-5 GB/T 15097—2008《船用柴油机排气排放污染物测量方法》标准

GD 01—2011《船用柴油机氮氧化物排放试验及检验指南》(2011)排放限值要求和实施日期和MARPOL73/78相同。NOX排放限值见表2-6。

表2-6 NOX排放限值

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》,防治船舶发动机污染物排放对环境的污染,改善环境空气质量,《船舶压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法》标准的制定将极大地促进船用内燃机行业的技术进步。目前该标准尚未正式发布,处于征求意见阶段;计划自2016 年1月1日起实施,鼓励有条件的地区提前实施。

我国现行的船用燃料油标准为GB/T 17411—2012《船用燃料油》(该标准等效于ISO 8217:2010),规定了4种馏分燃料油和6种残渣燃料油。馏分燃料油的硫含量限值为1%~1.5%,残渣燃料油中最常见的180~700cst运动粘度的规格,硫含量限值均为3.5%。

5.油耗法规

为应对汽车燃料消耗快速增长及由此引起的能源和环境问题,我国从2001年开始正式启动汽车燃料消耗量标准及政策研究。在借鉴国际先进经验的基础上,主要根据我国汽车产业发展实际情况,制定、发布并实施了GB 19578《乘用车燃料消耗量限值》和GB 27999《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》等一系列有关汽车燃料消耗量试验方法、限值和标识的重要标准,建立了较为完善的汽车燃料消耗量标准体系(见表2-7)。

表2-7 汽车燃料消耗量标准体系

虽然油耗法规为整车法规,但对发动机技术发展却有着决定性的影响,可以说从现在到2020年和2025年的乘用车发动机技术路线将主要受第三阶段和第四阶段油耗法规的影响,且发动机将承担整车50%以上的降油耗任务。