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歐盟WLTP排廢測試即將上路 強制執行會如何影響汽車產業?(下)

▲日本汽車巨頭Toyota押注於「阿特金森引擎」,該引擎使用獨有的「Atkinson Cycle」引擎循環。

對歐洲車廠產品規劃將有深遠影響
 
從客觀角度來看,歐盟強制要求於2018年9月開始改用WLTP測試流程對全球各大車廠的壓力是巨大的,這我們可以從實施時間的不斷延後得到驗證。9月開始實施新規後,若無法檢附更新的二氧化碳排放報告和油耗測試報告,新生產的車輛將不能在歐洲市場出售。歐洲市場許多現有車款必須針對排氣系統、引擎監理軟體、甚至硬體方面作出修改,使其能夠順利通過2018年9月即將施行的WLTP測試流程。
 

▲下一代Mazda Skyactiv-X引擎的壓縮比將是18:1的驚人水平(同時搭配36.8:1的超稀薄空燃比)。
 
VW集團已經證實今年9月實施的WLTP測試流程將暫時影響該廠部分車型的生產計畫,預估今年下半年約有25萬部汽車的生產時程將延後,部分車型也將暫時在歐洲停售。VW集團暫未對新規定造成的額外費用支出進行評論,但德國《明鏡週刊》指出該集團的風險可能高達數十億美元。
德國BMW也證實多款車型的生產與銷售受到WLTP測試流程強制實施的影響!不過出乎意料的是影響最大的並非外界認知污染量較大的柴油引擎、反而是汽油引擎車型。
 

▲在劇烈操駕或者全油門的情況下,自然進氣引擎較渦輪增壓引擎更具有燃油效率的優勢;而在WLTP測試流程下,先進自然進氣引擎的優勢更明顯增加。
 
影響最大的是目前在售的BMW M3和M4(F80)的汽油引擎版本,BMW不得不為M3/M4車型加裝全新的OPF顆粒過濾器來控制污染物以及二氧化碳的排放量。由於BMW M3(F80)在現有的成本結構下,已經無力承擔對現款車型更換傳動軸並且加裝顆粒過濾器,BMW選擇直接停產M3、並在後續的接替車型加入混合動力系統以降低油耗及排放數字;M4則較幸運,加裝顆粒過濾器的版本將於2018年6月開始生產。
 
同樣受到影響的還有在歐洲市場銷售的頂級旗艦BMW 7系列(G11/G12)汽油版本,為了符合新規定,7系列也要在狹窄的排氣系統加裝顆粒過濾器,因此必須要重新設計該車型的排氣系統,也就是說未來一年內歐洲消費者可能只能買到柴油引擎的7系列車型(如730d,740d和750d),所幸去年該廠在整個歐盟市場也僅銷售了3540部系列汽油版本,對該廠實際影響不算大、停產一年後剛好能夠銜接上 G11/G12 小改款車型的推出。
 

▲VW集團已經證實今年9月實施的WLTP測試流程將暫時影響該廠部分車型的生產計畫,預估今年下半年約有25萬部汽車的生產時程將延後。
 
較讓人擔心的是搭載6.6升V12雙渦輪增壓引擎的BMW車型未來去留?據傳BMW M 760Li車型將受限於WLTP新規而於2019年正式停產,而Rolls-Royce旗下部分車型也搭載了該款V12引擎,該品牌部分車型能否透過加裝額外的過濾裝置(考量到價格較高、承受額外成本的空間也較大)而得以繼續生產,還是也要與消費者道別?目前還存在諸多變數。德國豪華運動品牌Porsche則宣佈暫停Porsche Exclusive的接單作業,影響範圍涵蓋718 Boxster / Cayman、911、Panamera等全車系。由於Porsche Exclusive客製化車款主打由內而外完全按照消費者需求打造,因此從消費者下單、排上生產線再到步出生產線、領牌,往往要耗上數個月的候車時間,為了讓準車主能夠確實拿到符合WLTP測試流程的新車款,暫停接單是不得已的選擇。
 

▲BMW亦有多款車型的生產與銷售受到WLTP測試流程強制實施的影響!不過出乎意料的是影響最大的並非外界認知污染量較大的柴油引擎、反而是汽油引擎車型。
 
亞洲各國跟上腳步
 
歐盟強制要求於2018年9月開始改用WLTP測試流程,中長期來看對汽車產業技術走向的影響不可謂不大(包括小排量渦輪增壓引擎的未來),而歐盟制訂標準的走向又廣為亞洲各國(包括中國大陸與台灣)汽車監管單位所借鑒。例如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,於2012年開始實行以EURO 5標準為基礎的第5期排放標準,第6期汽油汽車廢氣排放標準則訂於2019年9月1日開始實施,未來相關油耗與空污的測試流程將向WLTP與RDE測試流程看齊的方向應該也很明確。
 
不論是CAFE統合平均燃油經濟性標準、還是WLTP測試流程,唯一不變的就是規格愈來愈高的空污排放標準。
在新的測試流程下,小尺寸渦輪增壓引擎的油耗數字優勢將明顯降低:歐洲車廠能夠毫無顧忌的在近十年使用小型渦輪搭配小型引擎,很大程度上是因為過去NEDC測試流程的漏洞;同一動力輸出峰值的較小排量的渦輪增壓引擎和較大排量的自然進氣引擎相比較,渦輪增壓引擎在持續穩定運行的情況下具有燃油效率的優勢,但是在劇烈操駕或者全油門的情況下,自然進氣引擎則具有燃油效率的優勢。
 

▲現有小排量渦輪增壓引擎在新測試流程上也失去了原有的「測試優勢」,高性能自然進氣引擎搭配各類低成本與高成本的混合動力科技或許將成為車廠首選的危機應對方案。
 
前Honda車廠執行長Takeo Fukui(福井威夫)就曾表示今天即便是最先進的汽油引擎,所浪費的能量仍超過60%以上、該廠工程師認為「提高汽油引擎燃燒效率」仍有無窮的發展潛力。甚至大於昂貴的電池動力或Hybrid油電混合動力系統!日系車廠透過特殊燃燒室設計、提高壓縮比從而強化空燃比,以及在不同情況下切換運作模式的方式提高自然進氣引擎的油耗性能,例如日本汽車巨頭Toyota押注於「阿特金森引擎」,該引擎使用獨有的「Atkinson Cycle」引擎循環,而從2010年發表「Skyactiv」全新動能科技後,Mazda工程團隊致力於將引擎、傳動系統、底盤懸吊、車體等達到最佳化設定,且更為輕量化、效率化,燃油表現更出色,並給予駕駛者出色的操控感受。其中在動力部分,研發重點為高壓縮比汽油NA(自然進氣)與柴油渦輪引擎,Mazda目前的Skyactiv-G汽油引擎達到全球車壇最高的14:1壓縮比,比起市面上競爭對手引擎8:1~10:1壓縮比要高出許多,Mazda下一代SKYACTIV-X引擎的壓縮比將是18:1的驚人水準(同時搭配36.8:1的超稀薄空燃比)!新規則的變化將如何改變產業競爭格局?我們又一次在WLTP測試流程的案例得到驗證。
 
歐盟強制要求於2018年9月開始改用WLTP測試流程,中長期來看對汽車產業技術走向的影響不小(包括小排量渦輪增壓引擎的未來),而歐盟制訂標準的走向亦廣為亞洲各國(包括中國大陸與台灣)汽車監管單位所借鑒。
 

歐盟WLTP排廢測試即將上路 強制執行會如何影響汽車產業?(上)

關於汽車廢氣排放任何法規執行,都離不開標準檢測(評測),但只要有檢測方式、隨之發生的就是如何在檢測中拿到最好成績的策略或手段;為防止類似VW造假的情況再次出現,歐盟強制要求全球各大車廠於2018年9月開始改用WLTP(全球統一輕型汽車測試流程)和RDE(真實駕駛情況排放)排污油耗測試流程,取代自1992開始實施的NEDC(New European Drive Cycle)排污油耗測試流程。WLTP新規定的特色為何?又將對汽車產業帶來什麼巨大影響?請看我們的分析。
 
文 許鴻德
 
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。而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。
 

▲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,但近年來油耗與空污法規逐漸趨嚴已成為長期趨勢。
 
另一方面,原油價格從2004年開始不斷攀昇後居高不下(近兩年也逐漸油價低谷逐漸回昇),「高油價」成為每位車主心中揮之不去的陰影,各國主管機關的統合平均燃油經濟性標準(Corporate Average Fuel Economy,CAFE)逐年提高,能源和環保議題成為最近20年影響世界汽車產業發展的兩大決定性因素。進入21世紀以來,以混合動力、燃料電池、先進柴油、甲醇燃料汽車等為代表的新能源汽車科技呈現出突飛猛進的發展。各國政府和各主要汽車廠商均不約而同地將清潔環保汽車科技視為未來全球汽車產業競爭的制高點。
 

▲2015年美國環保局率先披露「VW柴油車款排放事件」,VW在部分柴油車型安裝了一種特殊軟體,該軟體可識別出車輛是否在接受美國政府的尾氣排放檢測。
 
上個世紀70年代的能源危機後,歐洲國家為了抑制消費者對石油燃料的浪費、紛紛開始對汽油課徵高額稅賦以鼓勵汽車使用者與汽車製造廠思索該如何節省燃料?)。在推動汽車相關環保與節能的手段上,法規變革一直是重要推手!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EURO 5和EURO 6,分別計畫於2009年(從2011年開始全面實施)和2014年實施。
 
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。進一步仔細分析內容,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。
 


▲從數據對比,我們可以得出在實驗室測試中,WLTP測試流程的測試時間更長、距離更遠、車輛區分種類更多、道路模擬情況更多元,其測試結果肯定更加客觀!
 
長期存在的測試流程缺陷
 
任何法規的執行、都離不開標準檢測(評測)方式,但只要有檢測方式、隨之發生的就是如何在檢測中拿到最好成績的策略或手段。仔細想想,似乎自從人類從動物中區分開來的那一天起,只要有競爭就會有作弊:原始人類依託工具「作弊」獲得更強大的力量;參與科舉考試的書生們通過「作弊」獲得更好的成績;現代人類通過利用電腦技術「作弊」獲得更強大腦。
 
這個現象在汽車產業也不例外:近年隨著地球環境的惡化,全球各國政府到民眾開始加強環保工作,但為了公平及標準化,車輛空污排放測試均於實驗室內進行。如果你以為車廠公佈的耗油數據是最具參考性的指標,很不幸的,我們的答案要讓你失望了。倘若讀者目睹過車廠進行耗油測試的過程,恐怕你自己也很難相信這個數據的可信度!一般車廠進行耗油測試都是將受測車輛放在室內的滾動平台(Rolling Road,跟你在健身中心裡面的跑步機差不多)上,而且測量結果還是使用「外差法」(測量距離不會超過2.5英哩);許多消費者保護團體還指控車廠為了締造更好的省油表現、甚至使用特別調校過的車輛參加油耗測試。
 
我們在這裡多透露一點油耗測試的細節:市區內油耗表現的測試內容是在時速不超過50公里(31英哩)、平均時速18公里(12英哩)的狀態下讓車輛在平台上測試約4公里(2.5英哩)的距離、周邊溫度則維持在攝氏20到30度之間。可想而知這個數據和你在12月的冬天開車時的耗油量會有天壤之別。差別究竟有多大呢?過往Volvo車廠公佈的S60、2.4公升排氣量5門車款的油耗數據是19.91km/L,實際在路上測試卻只有9.51km/L。Renault Clio、1.5公升排氣量車款的官方油耗數據是27.73km/L,在真實世界中卻只有19.23km/L。
 


▲受益於近年來測試設備與科技的突飛猛進,將相關設備安裝於車輛上進行實際的道路測試成為可能,WLTP流程還搭配真實駕駛情況排放道路測試,將廢氣排放監測系統安裝在測試車實際上路行駛。
 
上有政策 下有對策
 
多數人都明白實際開車上路時,因車流量與道路狀況等等因素,造成實際廢氣汙染排放值比實驗室裡所測得的數據要高上許多,然而或許是為了提高自身產品的銷售賣點或宣傳價值、又或許是降低為了達到更嚴苛空污標準而需付出的高昂成本,不少車廠工程團隊過往在實驗室測試選擇對自己有利的安排。透過用膠帶封住車門和給輪胎過度充氣等手段減少阻力、在歐盟燃油效率測試中蒙混過關:這種做法過去層出不窮,以至於大多數柴油車型並不如廠商所稱的那樣節能環保。
 
Ford早在1997年就爆出在部分車型內上安裝非法「廢氣排放失效裝置」,但最具代表性的還是2015年美國環保局率先披露的「VW柴油車款排放事件」;他們在部分柴油車型安裝了一種特殊軟體,該軟體可識別出車輛是否在接受美國政府的尾氣排放檢測,如果發現汽車在接受檢測,汽車的全部排放控制系統將自動開啟從而使車輛的廢氣排放達標,但若汽車在日常其他情況使用時則不會啟動,因此導致汽車日常的氮氧化物排放量最高可至法定標準的40倍並觸犯了美國《清潔空氣法》。
 
之所以在柴油車引擎控制單元(ECU)內安裝非法軟體,最大的動力還是面對日漸嚴苛的空污排放法規、以及成本壓縮的壓力下,車廠鋌而走險的解決方案(雖然此舉違法)。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。
 
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。「VW柴油車款排放事件」爆發之後,各國政府也在省思空污排放的規定愈來愈嚴苛,然而技術與商業環境能否及時跟上(消費者是否願意為更環保的車型買單?)亦是一大問題。
 
另一方面從銀行業到製藥業,許多行業都發生過同樣的事情;幾家公司決定遊走在規則邊緣,其他對手很快效仿。它們知道這有點不正當,但這種做法變成了慣例,監管機構也睜一眼閉一隻眼,不過在「VW柴油車款排放事件」之後、歐盟主管機關的態度也趨向強硬,最終導致了歐盟強制要求全球各大車廠於2018年9月開始改用WLTP(World Light Vehicle Test Procedure,全球統一輕型汽車測試流程)和RDE(Real Driving Emissions,真實駕駛情況排放)排污油耗測試流程。
 

▲在WLTP測試流程下,小尺寸渦輪增壓引擎的油耗性能優勢明顯降低。
 
WLTP誕生背景
 
在此之前,歐美日三大汽車市場一直以來均採用不同的關於油耗和空污排放的測試規範:美國使用2008年推出的SFTP US06/SC03測試流程,日本使用2008年推出的JC08測試流程,歐盟諸國使用則是更早(1992年)的NEDC(New European Drive Cycle)排污油耗測試流程。而由於前述三個主要市場對車輛的使用習慣、當地民眾和政治家對於環境保護和能源情況的不同思考,導致其測試標準的關注重心差距甚大;另一方面由於地理條件、氣候條件、城市規劃風格和習慣、公共道路建設情況等方面的不同,三個主要市場汽車用戶的用車習慣與方式也有著相當大的不同。
 
舉例而言,歐盟諸國的用車情況為城郊駕駛佔比70%、城市駕駛佔比30%;美國則為兩者均為佔比50%;日本為城郊佔比30%、城市駕駛佔比70%。行駛在快速道路(比如城市環線)或者高速公路上時,美國、日本、歐洲等地區的駕駛人也面臨著不同的路況;美國和日本的駕駛人通常對油門和煞車施以更多的變化,使得車輛引擎與油門的變化較大,歐盟駕駛人則更多時候讓車輛運行在一個較為穩定的狀況下。由於測試標準各有不同,完全相同的一部車,會有三種不同的理論油耗和空污排放值。
最早推出的NEDC測試流程得到的結果與用戶真實使用狀況出現明顯的偏差,所以歐盟才加速推動換用WLTP測試流程,並且又加入了一套類似於補充測試的RDE測試流程。
 
WLTP源於聯合國推行的輕型汽車測試流程,由日本、美國、歐洲等國的專家共同制定,該測試流程的參數是根據在全世界範圍內收集而來的真實用車狀況所制訂,根據功率車重比(PMR)將車輛分為三個級別(22W/kg及以下等級,22~34W/kg等級,34W/kg及以上等級),並對應最大設計車速的6種實驗流程,涵蓋不同類型的低速、中速、高速、超高速階段。歐盟希望藉此取代在1992年便已實施、如今顯得過時的NEDC測試流程。WLTP雖然與NEDC同樣在實驗室中進行車輛測試,但更為嚴謹的測試流程使其包含歐洲地區90%以上的路況,模擬都會地區、郊區、高速公路等實驗設計更能符合現實中的車輛使用狀況。
 
更客觀 更貼近真實情況
 
在WLTP測試流程未推出之前,歐盟使用的NEDC測試流程其車輛測試運行狀況基本為理想的「穩定運行狀況」,導致測試的油耗以及排放水準過於理想化,其測得的油耗表現與受到除了車廠外的許多團隊抨擊!測得的油耗數字往往要比真實油耗低很多,完全失去了測試實驗的公正性以及客觀性,這樣的測試也變得毫無意義。
 
從數據對比,我們可以得出在實驗室測試中,WLTP測試流程的測試時間更長、距離更遠、車輛區分種類更多、道路模擬情況更多元,其測試結果肯定更加客觀!除此之外,受益於近年來測試設備與科技的突飛猛進,將相關設備安裝於車輛上進行實際的道路測試成為可能,WLTP流程還搭配RDE道路測試,將廢氣排放監測系統安裝在測試車實際上路行駛,藉由真實道路環境模擬消費者可能面臨的行駛狀況。在RDE測試流程中,被檢測車輛不再要求按照速度曲線,但必須在測試中覆蓋90%的歐洲路況,如溫度、海拔、負載、坡度、風向等不同因素都被詳細規定,同時測試行程中也應包含城市(約34%)、鄉村(約33%)和高速公路(約33%)駕駛路況,且三種路況間應保持連續性,藉此求得最真實的引擎空污數字,徹底杜絕類似VW先前疑似空污測試造假的可能;WLTP搭配RDE兩項測試流程將使車輛空污數據的「真實性」大增。
 
歐盟過去使用的NEDC測試流程,其車輛測試運行狀況基本為理想的「穩定運行狀況」,完全失去測試實驗的公正性以及客觀性,結果也變得毫無意義;而WLTP測試流程的測試時間更長、距離更遠、車輛區分種類更多、道路模擬情況更多元,其測試結果肯定更加客觀!