柴油機排氣污染物排放限值及測量方法

1、附件 3非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三階段） （征求意見稿）編制說明非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三階段） 標準編制組二一三年五月項目名稱：非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三階段） 項目統(tǒng)一編號：458承擔單位：濟南汽車檢測中心編制組主要成員：劉順利、范鳳雷、胡開建等 標準所技術管理負責人：紀亮 標準處項目負責人：谷雪景目 錄1項目背景.11.1任務來源.11.2工作過程.12行業(yè)概況1.12.1單缸柴油機.22.2小缸徑多缸柴油機.22.3中等缸徑多缸柴油機.32.4配套情況.42.5保有量情況.52.6柴油

2、消耗量情況.62.7進口二手機械情況.63標準修訂的必要性分析.73.1大氣污染物減排需要.73.2行業(yè)發(fā)展帶來的主要環(huán)境問題.73.3促進內燃機行業(yè)可持續(xù)發(fā)展.94主要國家、地區(qū)及國際組織相關標準研究.94.1ISO 標準.94.2歐盟法規(guī).114.3美國法規(guī).164.4全球統(tǒng)一的非道路法規(guī).225國內相關標準.245.1三輪汽車和低速貨車用柴油機排放標準.245.2GB/T8190 系列標準.255.3中小功率柴油機排氣污染物排放限值.266主要修訂內容.276.1原標準基本情況.276.2增加的術語與定義.286.3加嚴了污染物的排放限值.286.4增加了耐久性要求.296.5基準燃油的

3、改變.306.6帶含貴金屬材料的后處理系統(tǒng)的要求.316.7增加了非道路移動機械的要求.327本標準與歐美相關標準的差異.327.1控制范圍的差異.327.2實施時間的差異.327.3測量方法的差異.337.4與其現(xiàn)行標準限值的差異.338實施本標準的環(huán)境效益及經濟技術分析.348.1實施本標準的環(huán)境（減排）和社會效益.348.2燃油可行性分析.348.3發(fā)動機技術可行性及成本分析.358.4測試設備可行性分析.381項目背景1.1 任務來源根據環(huán)境保護部（原國家環(huán)?？偩郑┉h(huán)辦2006371號文，由濟南汽車檢測中心負責制訂非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三階段） 標準

4、，項目統(tǒng)一編號：458。1.2 工作過程2006年，環(huán)境保護部下達了非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三階段） 的制定任務后，濟南汽車檢測中心立即成立了標準編制組，開始前期調研工作。 從2007年開始，標準編制組人員對歐洲現(xiàn)行的2004/26/EC標準和美國的CFR PART 89及美國現(xiàn)行的第IV階段的標準 CFR PART 1039進行了翻譯、整理、研究。并積極與國內外企業(yè)進行技術交流，深入了解歐美制定相關標準的原則和依據，同時從國內企業(yè)選擇了各功率段部分機型進行了摸底試驗，充分了解國內企業(yè)相關機型的排放狀況。2008年底，標準編制組根據調研情況，確定了本標準的基本

5、框架，并開始起草開題報告和標準草案。 2009年12月24日，環(huán)保部科技標準司在北京市組織召開了非道路移動機械用壓燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第三階段） 標準開題論證會。會后，標準編制組根據開題論證會上專家提出的意見和建議，對GB19756三輪汽車和低速貨車用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（中國I、II階段） 等相關標準進行了仔細研究，并與正在制定的三輪汽車及低速貨車第三階段標準編制組進行了交流，針對兩個標準試驗方法和限值的不同，我們進行了大量的實驗進行了驗證，以確保本標準與其他標準間的協(xié)調和銜接。另外，標準編制組還對37kW以下發(fā)動機型主要生產企業(yè)進行了更詳細的調研，并組

6、織協(xié)調了一批機型進行了驗證。2011年1月，標準編制組與單缸機協(xié)會交流我國非道路柴油機第三階段標準制修訂的技術內容；2011年6月，與工程機械工業(yè)協(xié)會挖掘機械分會討論標準征求意見稿初稿的技術內容，并根據探討內容，進一步完善征求意見稿。2行業(yè)概況1非道路移動機械用柴油機機應用領域廣闊，是當前無法替代的移動機械領域的配套動力，在我國國民經濟中占有重要的地位。非道路用柴油機按型式可劃分為單缸柴油機、小缸徑多缸柴油機、中等缸徑多缸柴油機和大缸徑多缸柴油機，大缸徑多缸柴油機主要應用于船舶和大型發(fā)電機組，不在本標準控制范圍內，在此不作介紹。近幾年來非道路用柴油機年產量保持在300萬臺以上。主要應用于農業(yè)機

7、械、工程機械等領域。2.1 單缸柴油機我國單缸柴油機基本上以8.8kW為界，分為S系列和R系列，通常我們說的大功率單缸柴油機一般我們指的是S系列，小功率為R系列。S系列主要是指8.8kW以上單缸柴油機，缸徑在95mm-135mm，均為臥式、水冷機型，目前該機型主要與手扶拖拉機、微耕機配套，另外還廣泛應用于園林管理、水泵、場地作業(yè)、發(fā)電、灌溉、消防等。R系列主要是指8.8kW以下單缸機，臥式、立式、斜式均有，風冷、水冷機型并存，直噴和渦流室兼有，主要配套手扶拖拉機、微耕機等，發(fā)電、排灌等用途為次。單缸柴油機在我國內燃機行業(yè)中按臺數計算約占10%，是量大面廣的產品，也是我國主要的機電出口產品之一。

8、單缸柴油機主要配套農用排灌機具、手扶拖拉機等農用機械。目前我國單缸機主要生產企業(yè)穩(wěn)定在50家左右，占到了國內單缸柴油機總產量的99%以上，主要有常柴、常發(fā)、時風、江動、常工等，近幾年單缸機企業(yè)產銷量情況見表1。表1 我國單缸柴油機年產銷量（2007-2011年） 單位：萬臺年份20072008200920102011產量銷量產量銷量產量銷量產量銷量產量銷量產銷量情況865.4864.7668.3662.4777.5775.6865.1862.2849.9832.2銷量增幅/%10.99-23.4017.0911.17-3.48 2011年，我國單缸柴油機總產量為849.9萬臺，其中，配套三輪汽

9、車和低速貨車用單缸機約為341.3萬臺，出口量為266.0萬臺，應用于非道路移動機械用單缸柴油機在230萬臺左右。2.2 小缸徑多缸柴油機小缸徑多缸柴油機是指功率不大于100kW，缸數不大于4缸的柴油機，應用領域是除配套輕型汽車和低速貨車外，是大、中型拖拉機、中小型聯(lián)合收割機、中小型工程機械、船舶、排灌、發(fā)電、水泵、空壓機等移動和固定機械的配套動力。小缸徑多缸柴油機基本上是增壓中冷、增壓等先進技術和自然吸氣等技術并存的局面。小缸徑多缸柴油機全近幾年產量情況見表2。表2 我國小缸徑多缸柴油機年產銷量（2007-2011年） 單位：萬臺年份20072008200920102011產量銷量產量產量銷

10、量產量產量銷量產量銷量產銷量情況214.9213.3199.8205303.3297.8334.9334.6326.9329.9銷量增幅/%16.18-3.945.312.36-1.42011年，我國小缸徑多缸柴油機總產量中，與非道路機械配套的比率約為27.2%，共89萬臺左右。2.3 中等缸徑多缸柴油機中等缸徑多缸柴油機指缸徑在 100-160mm 之間的 4 缸或 6 缸柴油機。是重型汽車、工程機械的主要配套動力。生產企業(yè)主要是由大型企業(yè)（以車用柴油機的生產企業(yè)為主） 。企業(yè)已經具有相對成熟的排放控制技術，由于車用柴油機批量大，使得如增壓器、P 型噴油泵、嘴配套件保持一個相對較低價格，且該

11、系列機型技術集中程度高、利潤大，車用柴油機國 2 排放控制技術水平對非道路柴油機進行“移植” ，開發(fā)難度和經費壓力小等綜合因素，使得該系列柴油機普遍采用增壓或增壓中冷技術、以及噴油壓力為 90-100MPa 的 P 型噴油泵等相應階段先進技術，在柴油機加工、配套質量完好控制之下，排放控制水平和基礎較高。目前國內約有 15 家企業(yè)生產非道路用柴油機，從 2011 年產量來看，廣西玉柴、濰柴、一汽錫柴、濰柴動力（揚州） 、東風朝柴、中國重汽這 6 家企業(yè)年產量均超過了 10 萬臺。詳細產量見表 3。表3 2011年中等缸徑柴油機年產超10萬臺企業(yè)情況 單位：萬臺序號企業(yè)名稱主要產品型號總產量1廣西

12、玉柴YC6105、YC6108、YC6112|、YC4108、67.7YC4110、YC4112、YCD2108、YCD21152濰柴動力WD615系列、6160、226B71.83一汽錫柴6110、6113、4113、4112、4110、410234.44濰柴動力（揚州）4108、4105、4102、485系列14.25東風朝柴4102Q、4102BZQ、4105、6102、6102BZQ、6105、40系列112、QD32系列18.16中國重汽WD615系列等10.1合計216.32.4 配套情況非道路用柴油機主要配套行業(yè)有農用機械、工程機械、發(fā)電機組等，單缸機主要用于小型拖拉機、農機具、

13、發(fā)電機組等，小缸徑多缸柴油機主要配套大中型拖拉機、中小型收割機、工程機械等。中等缸徑多缸柴油機主要配套大型收割機和工程機械。配套工程機械、拖拉機，以及發(fā)電機組的非道路用柴油機共計約350萬臺左右。工程機械方面，根據內燃機協(xié)會的統(tǒng)計，2011年我國配套內燃機的工程機械產品銷量達到80萬臺，具體應用領域見表4。2009年下半年至2011年初，工程機械產量快速增長，而后出現(xiàn)了連續(xù)幾個月的下滑，2011年工程機械行業(yè)營業(yè)收入比上年增長17%。根據工程機械行業(yè)經濟運行態(tài)勢，在外部環(huán)境沒有明顯變化的情況下，從2012年開始，行業(yè)將回歸平穩(wěn)發(fā)展的態(tài)勢。表4 2011年工程機械配套情況 單位：臺主要配套領域數

14、量挖掘機173712裝載機246981推土機13094平地機5059工程起重機35457叉車313847壓路機21617攤鋪機3266合計813003拖拉機方面，根據內燃機協(xié)會的統(tǒng)計，2011年我國共有174家拖拉機生產企業(yè)，共銷售各類拖拉機27.8萬臺，其中大中型拖拉機銷售40.2萬臺，同比增長18.20%，小型拖拉機銷售237.6萬臺，同比增長5.19%。從我國拖拉機需求動力分析，近幾年拖拉機產銷量的持續(xù)增長得益于農機補貼和更新需求，預計“十二五”期間，拖拉機市場仍將持續(xù)高位運行。發(fā)電機組方面，根據內燃機協(xié)會統(tǒng)計，2011年功率小于560kW的發(fā)電機組產量約8.5萬臺臺，內銷約6萬臺，占總

15、產量的69.4%。詳細統(tǒng)計見表5。2011年全國電力供應形勢總體為平衡偏緊，內燃發(fā)電機組行業(yè)2011年完成工業(yè)總產值86.46億元，同比增長21.2%，發(fā)展呈平穩(wěn)增長態(tài)勢。表5 2011年發(fā)電機組行業(yè)產品銷售情況 單位：臺功率范圍/kW內銷出口功率10418521894910功率10073303734100功率20037451287200功率3002589760300功率4001951785400功率5001537448合計59004259632.5 保有量情況到目前為止，我國尚沒有專門的非道路發(fā)動機保有量方面的統(tǒng)計數據。根據“十一五”國家科技支撐計劃課題環(huán)境污染物排放關鍵技術標準研制的研究統(tǒng)

16、計，2008年我國各類用途的非道路發(fā)動機的保有量約為4800多萬臺。其中，非道路移動機械用柴油機保有量最大，占總保有量的將近一半，詳細保有量分布見圖1。從圖中可以看出，我國非道路發(fā)動機中，以非道路移動式發(fā)動機（包括移動機械用柴油機、小型點燃式發(fā)動機，船舶發(fā)動機，鐵路機車內燃機）為主，占總保有量的70%以上，其中，以非道路移動機械用柴油機保有量最大，占總保有量的將近一半，船舶發(fā)動機和鐵路機車內燃機保有量相對較少，但單機的功率很大，一般非道路柴油機最大功率不會超過560kW，而內河船用發(fā)動機最高功率可達上千kW，鐵路內燃機的功率則在幾千kW。小汽油機的保有量占總保有量的20%。自2008年以來，非

17、道路發(fā)動機的增長仍以非道路移動機械為主，船舶發(fā)動機增長趨緩，鐵路內燃機車的保有量變化不大。圖1 我國非道路用發(fā)動機保有量分布22.6 柴油消耗量情況2005年以來，我國的柴油年消耗量開始突破1億噸，根據“十一五”國家科技支撐計劃課題環(huán)境污染物排放關鍵技術標準研制的研究估算，其中約有60%左右用于非道路發(fā)動機。各類用途非道路發(fā)動機的柴油年消耗量圖2所示，非道路移動機械（包括農業(yè)機械和工程機械）的柴油消耗量約占36%，是各類非道路發(fā)動機中柴油消耗量最大的。農業(yè)移動機械,1454.01, 22%農用運輸車,1915.79, 29%工程機械,896.7, 14%鐵路機車,516.5, 8%船舶,101

18、3.34, 15%固定式, 821.4 ,12%圖2 各類非道用發(fā)動機的燃油消耗量及比例22.7 進口二手機械情況近年來，隨著我國經濟的高速增長，國內部分工程機械（主要是挖掘機）的產銷量不能滿足日益增長的需求，造成了國外（主要是日本）大量的二手工程機械涌入我國。近幾年來年進口舊挖掘機與國內新生產挖掘機的銷售量對比見表 6。表 6 進口二手挖掘機與國內新生產挖掘機銷售量對比3年 度200520062007200820092010進口舊挖掘機銷售量（臺）180141890026500270001480032800新挖掘機銷售量（臺）3346247518684008300095012165804舊機

19、與新機銷量比（%）53.8%40%38.7%32.5%15.7%19.8%國產品牌新機銷量（臺）76961093016400199202471346928舊機與國產新機銷量比例（%）234%173%162%135%60.0%69.9%2007 年我國發(fā)布了 JB/T10694-2007進口二手挖掘機驗收規(guī)范 ，針對二手機械的發(fā)動機尾氣排放方面規(guī)定：2009 年 10 月 1 日前，應符合中國非道路移動機械用柴油機第一階段排放標準要求；2009 年 10 月 1 日后，應符合中國非道路動機械用柴油機第二階段排放標準要求。3標準修訂的必要性分析3.1 大氣污染物減排需要中華人民共和國國民經濟和社會

20、發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要中第24章加大環(huán)境保護力度第一節(jié)強化污染物減排和治理中寫到：“加大機動車尾氣治理力度。深化顆粒物污染防治。加強惡臭污染物治理。建立健全區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控機制，控制區(qū)域復合型大氣污染。 ”在國家環(huán)境保護標準“十二五”規(guī)劃中，明確提出：進一步完善移動源大氣污染物排放標準體系。首先，以氮氧化物、顆粒物和揮發(fā)性有機污染物排放控制為重點，提高機動車新車排放控制要求，建立健全非道路機械、船舶、鐵路機車排放標準，研究建立有毒有害污染物和溫室氣體排放控制標準的可行性。其次，完善在用機動車、非道路機械排放標準和監(jiān)督管理技術規(guī)范，研究建立重型柴油車、非道路移動機械車載測量排放標準，加強在

21、用車和發(fā)動機符合性的監(jiān)督管理。第三，加強國際機動車排放技術法規(guī)協(xié)調，積極跟蹤和參與機動車、非道路移動機械、燃油等技術法規(guī)制訂，推進機動車排放標準與國際接軌。重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃中關于開展非道路移動源污染防治中提到：推進非道路移動機械和船舶的排放控制。2013 年，實施國家第年，實施國家第階段非道路移動機械排放標準和國家第階段非道路移動機械排放標準和國家第階段船用發(fā)動機排放標準階段船用發(fā)動機排放標準。3.2 行業(yè)發(fā)展帶來的主要環(huán)境問題進入 21 世紀以來，我國內燃機行業(yè)迎來了其高速發(fā)展期，從 2001 年到2009 年，內燃機產量從 1783.63 萬臺增長為 6700 萬臺，短短

22、 9 年時間，內燃機的產量增長了 270%。2001-2009 年我國內燃機行業(yè)產量變化狀況見圖 3。2001-2009年我國內燃機產量變化情況1000200030004000500060007000200120022003200420052006200720082009年份產量/萬臺圖 3 2001-2009 年我國內燃機行業(yè)產量變化情況對內燃機行業(yè)來說，不管是柴油機還是汽油機，不管是道路車輛還是非道路車輛，他們帶來的主要污染是基本相同的，主要就是空氣污染和噪聲污染。柴油機廢氣中含有 150200 種不同的化合物，其中對人危害最大的有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、及顆粒物。這些污染物，對

23、人體的健康損害非常嚴重刺激呼吸道，使呼吸系統(tǒng)的免疫力下降，導致暴露人群慢性氣管炎、支氣管炎及呼吸困難的發(fā)病率升高、肺功能下降等一系列癥狀。尾氣中所含的強致癌物質苯類物質，會引發(fā)肺癌、甲狀腺癌等。柴油機各種排氣污染物對人體的危害見表 7。表 7 柴油機各種主要排氣污染物對人體的危害污染物危害癥狀派生污染CO循環(huán)系統(tǒng)神經系統(tǒng)破壞血液輸氧，造成類似煤氣中毒癥狀損害思維和感覺，頭痛、慢化反射，降低身體靈巧度，減弱運動的能力等HC神經系統(tǒng)造血系統(tǒng)呼吸系統(tǒng)其他神經衰弱貧血降低人體對呼吸道傳染的抵抗力致癌光化學煙霧NOX循環(huán)系統(tǒng)呼吸系統(tǒng)感覺器官破壞血液輸氧肺氣腫、支氣管炎、肺部疾病各類眼疾光化學煙霧酸雨顆粒

24、物呼吸系統(tǒng)其他支氣管炎、肺部疾病含多種致癌物質灰霾等3.3 促進內燃機行業(yè)可持續(xù)發(fā)展2009年10月1日，我國對非道路移動機械用柴油機開始實施GB20891-2007標準第II階段排放控制要求，新標準的實施，加快了企業(yè)資金投入和新技術的研發(fā)，使得產品性能和排放狀況得到了改善。同時我們發(fā)現(xiàn)該標準的要求相對車用機排放標準要求要寬松的多，加上對非道路柴油機的排放控制較晚，目前非道路用柴油機的排放水平僅相當于車用發(fā)動機第II階段排放水平。為了滿足國家日益嚴格控制環(huán)境污染的政策要求，并促進我國內燃機行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，有必要制定更加嚴格的標準。4主要國家、地區(qū)及國際組織相關標準研究4.1 ISO 標準國際

25、標準化組織International Standard Organized（ISO）是由各國標準化團體組成的世界性的聯(lián)合會。ISO標準一般涉及試驗方法、術語、規(guī)格、性能要求等。我國于1978年加入ISO，在2008年10月的第31屆國際化標準組織大會上，中國正式成為ISO的常任理事國。ISO 8178往復式內燃機排放測量系列標準目前共有11部分（見表8） ，每一部分對往復式內燃機排放測量做了相應規(guī)定。歐洲和美國非道路用柴油機的試驗方法均按照ISO 8178往復式內燃機排放測量制定。ISO 8178標準作為一項國際通用試驗準則，為一系列標準，適用范圍較寬，并且沒有制訂排放限值。例如對小型柴油機，

26、規(guī)定了試驗臺測量方法（ISO8178-1往復式內燃機排放測量第一部分：污染物測量方法 ） ；對那些不能在試驗臺測試的大型柴油機，制定了面向現(xiàn)場的測試方法（ISO8178-2往復式內燃機排放測量第二部分：現(xiàn)場條件下污染物的測量 ） 。表8 ISO8178系列標準標準號標準名稱ISO8178-1:2009往復式內燃機排放測量 第 1 部分：氣體和顆粒排放物的試驗臺測量ISO8178-2:2008往復式內燃機排放測量 第 2 部分：氣體和顆粒排放物的現(xiàn)場測量ISO8178-3:1996往復式內燃機排放測量 第 3 部分：穩(wěn)態(tài)條件下排氣煙度的定義和測量方法ISO8178-4:2009往復式內燃機排放測

27、量 第 4 部分：不同用途發(fā)動機的試驗循環(huán)ISO8178-5:2008往復式內燃機排放測量 第 5 部分：測試燃油ISO8178-6:2001往復式內燃機排放測量 第 6 部分：測量結果和檢測報告ISO8178-7:1997往復式內燃機排放測量 第 7 部分：發(fā)動機系族定義ISO8178-8:1997往復式內燃機排放測量 第 8 部分：發(fā)動機系組定義ISO8178-9:2001往復式內燃機排放測量 第 9 部分：在瞬態(tài)條件下工作的壓燃式發(fā)動機排氣煙度排放物的試驗臺測試循環(huán)和測試程序ISO8178-10:2003往復式內燃機排放測量 第 10 部分：在瞬態(tài)條件下工作的壓燃式發(fā)動機排氣煙度排放物的

28、現(xiàn)場測試循環(huán)和測試程序ISO8178-11:2006往復式內燃機排放測量 第 11 部分：非道路移動機械用發(fā)動機瞬態(tài)工況下氣體和顆粒排放物的試驗臺測量在ISO8178-4往復式內燃機排放測量第4部分：不同發(fā)動機的試驗循環(huán)中，定義了不同用途柴油機的試驗循環(huán)，所有的試驗循環(huán)都是在基礎試驗循環(huán)11工況（見圖4）的基礎上，對不同的點進行取舍，采用不同的加權而形成的。基準試驗循環(huán)包括怠速點11，中間轉速點6、7、8、9、10，額定轉速點1、2、3、4、5。由1到5對應的負荷分別為100%、75%、50%、25%、10%，不同的工況點有著不同的加權系數。圖4 ISO8178-4基準試驗循環(huán)非道路柴油機根據

29、不同的發(fā)動機用途有三種不同的試驗循環(huán)，分別為八工況、五工況和六工況。試驗循環(huán)見圖5。八工況應用于非恒定轉速工作下的發(fā)動機，例如工程機械、農業(yè)機械、叉車等所用發(fā)動機；五工況應用于恒定轉速工作下的發(fā)動機，例如發(fā)電機組、排灌水泵、除草機等所用發(fā)動機；六工況應用于在非恒定轉速下工作，功率小于18kW的發(fā)動機除可用五工況外，可選用的一種試驗工況。例如除草機、空氣壓縮機等所用發(fā)動機。圖5 非道路移動機械用柴油機試驗循環(huán)4.2 歐盟法規(guī)4.2.1發(fā)展歷程發(fā)展歷程1998 年 2 月 27 日，第一個歐洲非道路移動機械用柴油機排放法規(guī)以立法形式通過，即 97/68/EC 指令。該法規(guī)分為兩個階段：第 I 階段

30、于 1998 年實施；第 II 階段于 20012004 年執(zhí)行，法規(guī)的實施時間因柴油機功率輸出大小不同而不同。排放法規(guī)涵蓋的設備有：工業(yè)用鉆機、壓縮機、輪式裝載機、推土機、非公路用卡車、挖掘機、叉車、道路養(yǎng)護設備、鏟雪機、機場地面支持設備、塔吊和移動式起重機。該法規(guī)不包括輪船、機車、飛行器和發(fā)電機組用柴油機。在 2000 年 12 月 18 日，歐洲委員會對 Directive 97/68/EC 提出了修正案，將功率小于 19kW 的非道路用汽油發(fā)動機納入其中。以 COM（2000）840 文檔出版的該提案，使歐洲與美國現(xiàn)行的小型發(fā)動機的排放標準在更大范圍內取得一致。在 2002 年 12

31、月 27 日對 97/68/EC 指令進行第三次修訂為 2004/26/EC 指令?？刂品秶黾恿藘群哟C車、輪軌用柴油機，提出了非道路柴油機的IIIA、IIIB、IV 階段的要求。4.2.2適用范圍適用范圍歐盟因為單缸機數量較少，且通過協(xié)會來進行管理，因此在非道路標準中沒有進行管理，為了與美國排放法規(guī)相對性，從第三階段開始，功率下限調整為19kW。第I階段，功率范圍從37kW到560kW的非道路移動機械用柴油機。第II階段功率范圍從18kW到560kW的非道路移動機械用柴油機。第階段分為IIIA和IIIB兩個階段，IIIA階段功率范圍從19kW到560kW的非道路用柴油機；IIIB階段功率

32、范圍從37kW到560kW的非道路移動機械用柴油機。第IV階段功率范圍從56kW到560kW的非道路移動機械用柴油機。 4.2.3排放限值及實施日期排放限值及實施日期柴油機各階段排放限值及實施時間，見表9。根據表9，對比歐盟法規(guī)第II和IIIA限值及實施時間我們可以發(fā)現(xiàn)，根據功率段的不同，從第II階段過渡到IIIA階段，用了3至6年的時間，這主要是因為不同功率段的發(fā)動機采用不同的排放控制技術所導致的。從排放限值來看，從第II階段過渡到IIIA階段，主要是加嚴了NOX和THC的控制要求，CO的限值沒有改變，PM也僅僅是19kW到37kW之間的機型加嚴了12.5%。而NOX和THC根據功率段的不同

33、，加嚴了21%到43%?？梢姎W盟IIIA階段主要就是加嚴對NOX和THC的控制。同樣對比IIIA和IIIB，主要加嚴了PM排放限值，加嚴幅度在90以上，因此IIIB階段需要采用顆粒捕集器等后處理系統(tǒng)。IV階段比IIIB又大幅加嚴NOX的控制要求，加嚴幅度在80以上，說明IV階段的時候SCR或EGR和顆粒捕集器都要使用。表9 歐盟非道路柴油機污染物排放限值及實施時間排放限值（g/kWh） 標準階段功率段劃分（kW）COTHCHC+NOXNOXPM實施日期37P756.51.39.20.8575P1305.01.39.20.7歐 I130P5605.01.39.20.541998.07.0118P

34、375.51.58.00.82000.01.0137P755.01.37.00.42003.01.0175P1305.01.06.00.32002.01.01歐 II130P5603.51.06.00.22001.01.0119P375.57.50.62006.01.0137P755.04.70.42006.01.0175P1305.04.00.32006.01.01歐 IIIA130P5603.54.00.22005.07.01P:37P565.04.70.0252011.01.01N:56P755.00.193.30.0252011.01.01M:75P1305.00.193.30.025

35、2011.01.01歐 IIIBL:130P5603.50.192.00.0252010.01.01R:56P37kW8000劣化系數的計算方法，舉例如表13。表13 最小二乘法計算柴油機裂化系數試驗時間 x排放數值 y備注102.23210002.26320002.28a0.000025b2.232 480002.432 y=ax+b502.232 加法計算0.200 不帶后處理劣化系數 DFs乘法計算1.090 帶后處理如表13所示，一臺37kW以上的非道路移動機械用柴油機，它的有效壽命為8000小時，我們可以選擇有效壽命的1/4，也就是2000小時來進行耐久性試驗，發(fā)動機磨合完畢進行第一

36、次排放測試，CO的結果為2.23，1000小時的時候CO的 結果為2.26，2000小時的時候結果為2.28。那么根據最小二乘法公式，我們可以計算出a，b的結果，如表13所示，這樣根據公式y(tǒng)=ax+b，任何時間點的排放結果都能夠計算出來，8000小時的時候計算得到2.432，0小時的時候結果為2.232。在根據發(fā)動是否有后處理，可以算出劣化系數（DFs） 。不帶后處理使用加法計算：DFs=2.432-2.232=0.200，帶后處理是用乘法計算DFs=2.432/2.232=1.090。4.2.6基準燃油參數基準燃油參數隨著標準限值的提高，發(fā)動機需要采用更先進的排放控制技術，例如高壓共軌、單體

37、泵、EGR、DOC等，這樣技術對燃油品質提出了更高的要求，例如硫含量過高，會生成大量的硫酸鹽，會加速燃油系統(tǒng)的磨損，甚至造成噴油器的阻塞，影響燃油系統(tǒng)的正常工作，同時硫含量過高會嚴重影響排氣候處理系統(tǒng)的正常工作，造成硫中毒等。因此從A階段開始，燃油硫含量降到了300ppm，從IIIB階段開始，硫含量降到了10ppm，與車機第VI階段燃油硫含量一致。各階段燃油主要參數對比見表14。表14 歐盟各階段基準燃油參數參數十六烷值硫含量（ppm）標準最小最大最小最大歐I、歐II455010002000歐IIIA5254/300歐IIIB、歐IV/54/104.3 美國法規(guī)4.3.1標準發(fā)展歷程標準發(fā)展歷

38、程美國是世界上控制非道路用柴油機尾氣排放最早的國家。美國國家環(huán)保局（EPA）從 1990 年開始著手研究和限制非道路用柴油機的尾氣排放。1998 年8 月 27 日，EPA 簽署了 40 CFR PART89 法規(guī)，規(guī)定了非道路用柴油機第一、二、三階段排放標準。40 CFR PART 1039 是美國非道路移動機械用柴油機第四階段的排放標準，該標準從 2008 年份功率段逐步開始實施，從 2008 年到 2014 年是本標準的過渡期，過渡期內有相應限值要求，2014 年以后，正式實施第四階段限值要求。4.3.2適用范圍適用范圍非道路移動機械用柴油機，功率小于 37kW 船用柴油機。4.3.3排

39、放限值及實施日期排放限值及實施日期Tier1到Tier3，各功率段排放限值及實施時間，見表15。表15 排放限值實施時間 排放限值（g/kWh）功率（kW）階段實施時間NOXTHCNMHC+NOXCOPMTier12000/10.58.01.0P8Tier22005/7.58.00.80Tier12000/9.56.60.808P19Tier22005/7.56.60.80Tier119999.2/19P 37Tier22004/7.55.50.40Tier119989.2/Tier22004/7.55.037P 75Tier32008/4.75.00.4Tier119979.2/Tier22

40、003/6.65.075P 130Tier320074.05.00.30Tier119969.21.3/11.40.54Tier22003/6.63.5130P 225Tier32006/4.03.50.20Tier119969.21.3/11.40.54Tier22001/6.43.5225P 560Tier22006/6.43.50.20Tier 4功率段劃分與前3各階段有些區(qū)別，各功率段更趨向于歐洲的劃分，詳細劃分功率段見圖7。圖7 PART89與PART1039功率段劃分區(qū)別Tier 4從2008年開始實施，2008年到2014年為標準的過渡時期，2014年后正式實施Tier4，在過渡

41、期相比Tier 3只是加嚴了NOx的排放限值，過渡期結束后又加嚴了顆粒物的限值要求，這樣既給企業(yè)留出了足夠的時間進行產品升級也避免了直接到第四階段造成的產品價格激增。詳細過渡時期各個功率段排放限值見表16。2014年及其之后的發(fā)動機排放限值見表17。表16 Tier4 過渡時期排放限值排放限值（g/kWh）功率（kW）實施日期CONMHCNMHC+NOXNOXPMP1920086.6/7.5/0.4019P 5620135.0/4.7/0.0356P 5602011-20143.50.19/3.50.20表17 2014年及其之后的發(fā)動機排放限值排放限值（g/kWh）功率（kW）范圍CONMH

42、CNMHC+NOXNOXPMP19全部6.6/7.5/0.4019P 56全部5.0/4.7/0.0356P 560非發(fā)電機組3.50.19/3.50.044.3.4試驗循環(huán)試驗循環(huán)Tier 1 到 Tier 3，非恒定轉速柴油機測試循環(huán)采用八工況循環(huán)，如工程機械、農用機械用柴油機，恒定轉速柴油機測試循環(huán)采用五工況循環(huán)，詳細試驗循環(huán)見表 18、表 19。Tier 4 加入瞬態(tài)試驗循環(huán)，具體試驗循環(huán)與歐盟一致，瞬態(tài)測試循環(huán)不適用于恒速發(fā)動機和 560kW 以上的發(fā)動機。不同功率段實施時間不同，各功率段瞬態(tài)試驗實施時間見表 20。表18 非恒速柴油機8工況測試循環(huán)工況號轉速負荷（%）加權系數1額定

43、轉速1000.152額定轉速750.153額定轉速500.154額定轉速100.15中間轉速1000.16中間轉速750.17中間轉速500.18怠速-0.15表19 恒速柴油機5工況測試循環(huán)工況號轉速負荷%加權系數1額定轉速1000.052額定轉速750.253額定轉速500.34額定轉速250.35額定轉速100.1表 20 瞬態(tài)試驗循環(huán)實施時間功率 P（kW）實施時間（年）P 19 201319 P 56 201356 P 130 2012130 P 560 20114.3.5有效壽命、召回期和質保期有效壽命、召回期和質保期（1）有效壽命（）有效壽命（useful life）EPA的有效

44、壽命與歐盟基本是一樣的，只是因為控制范圍的不同，增加了19kW以下發(fā)動機的有效壽命規(guī)定。同時有效壽命還有年限的規(guī)定，小時數和年限，以先到為準。耐久試驗時間為柴油機有效壽命的20%30%，一般選取25%。通過耐久性試驗確定劣化系數。在整個試驗過程中至少測試3次排放，即0小時，中間小時、耐久試驗結束時，根據最小二乘法計算劣化系數，有效壽命的規(guī)定見表21。表21 有效壽命的規(guī)定有效壽命功率（kW）工作特性額定轉速時間（小時）年限（年）P19恒速/非恒速任何轉速30005恒速300030005恒速300019P37非恒速任何轉速50007P37恒速/非恒速任何轉速800010（2）召回期（）召回期（r

45、ecall）標準中規(guī)定，根據發(fā)動機的額定功率和額定轉速確定需要召回檢測的周期。然而，召回發(fā)動機的類型不需要考慮發(fā)動機實際使用的年限或工作時間。1）對于額定功率小于 19kW 的所有發(fā)動機和額定功率小于 37kW 并且額定轉速大于或等于 3000r/min 的恒速發(fā)動機，需要召回檢測的周期是 2250 小時或4 年，以先到者為準。2）對于額定功率大于或等于 19kW 并小于 37kW 的所有其它發(fā)動機，需要召回檢測的周期是 3750 小時或 5 年，以先到者為準。3） 對于額定功率大于或等于 37kW 的所有發(fā)動機，需要召回檢測的周期是6000 小時或 7 年，以先到者為準。關于召回期的規(guī)定見表

46、 22。表 22 召回期的規(guī)定召回期功率（kW）工作特性額定轉速時間（小時）年限（年）P19恒速/非恒速任何轉速22504恒速30002250419P37恒速/非恒速任何轉速37505P37恒速/非恒速任何轉速60007（3）質保期（）質保期（warranty）根據美國空氣清潔法和PART 89標準規(guī)定，生產企業(yè)對其產品應提供相應的擔保期：對于額定功率小于19kW的所有發(fā)動機和額定功率小于37kW、額定轉速超過3000轉的恒速發(fā)動機是1500小時或2年，以先到者為準；對于其它發(fā)動機是3000小時或5年，以先到者為準。如果生產企業(yè)對一些部件有較長質保期（收費或免費） ，則對這些部件的排放相關保證

47、也應延長該質保期。詳細規(guī)定見表23。表23 質保期規(guī)定質保期功率（kW）工作特性額定轉速時間（小時）年限（年）P19恒速/非恒速任何轉速15002恒速30001500219P37恒速/非恒速任何轉速P37恒速/非恒速任何轉速300054.3.6管理制度管理制度5（1）監(jiān)督管理）監(jiān)督管理美國空氣清潔法section 206 授權給美國 EPA 對新生產發(fā)動機進行監(jiān)督檢查和測試的權利：檢驗生產企業(yè)批量生產產品，以及最終產品是否符合法規(guī)；每個發(fā)動機是否正確安裝了正確零部件；生產企業(yè)的認證測試程序是否正確；使用壽命期內的發(fā)動機是否符合法規(guī)限值。因此，監(jiān)督管理分為 EPA 檢查和企業(yè)檢查兩個部分，以企業(yè)

48、自檢查為主，EPA 審核資料為輔（不排除 EPA 親自檢查） ，通過系列方法保證發(fā)動機排放在整個使用壽命期內達標，相關的管理制度在排放標準中都有明確、詳細的論述，方便操作性，強調信息的可追溯性。（a）企業(yè)自檢查企業(yè)自檢查包括四部分，分別是“確認試驗” 、 “審核過程” 、 “上產線試驗”和“在用發(fā)動機檢測” 。確認試驗（Confirmatory Testing）：要求發(fā)動機生產企業(yè)對新機型（prototype） ，進行確認試驗，試驗結果和信息需報 EPA，并作為認證申請內容。審核過程：EPA 可能要求在 EPA 試驗室對該新機型進行重復試驗。生產企業(yè)應將有關記錄保留 8 年時間（包括試驗條件）

49、 。生產線試驗（Production-line Testing， PLT）：生產企業(yè)應對其下線的發(fā)動機進行排放試驗，并將結果運用統(tǒng)計學方法進行生產一致性確認，希望通過早期的控制手段來檢查和修正錯誤，將排放控制費用最小化。EPA 對進行 PLT試驗的抽樣數量有規(guī)定，生產企業(yè)應將 PLT 結果報 EPA（每季度前 45 天內） ，并將相關記錄保留 8 年。若 PLT 試驗結果表明某一系族出現(xiàn)超標情況，則暫停該系族認證證書，EPA 將與生產企業(yè)一起檢查和調整生產問題，生產企業(yè)必須采取補救措施?；謴驼J證證書是在 PLT 試驗通過后，生產企業(yè)提交一份同初次檢查時相同報告和申請恢復生產的報告。在用發(fā)動機檢

50、測：生產企業(yè)應對實際使用了一年以上的發(fā)動機進行檢測，以確認在有效使用壽命期內發(fā)動同是否符合排放標準的要求。相關檢測信息需報EPA。（b）選擇性強制檢查（Selective Enforcement Auditing，SEA）EPA有權對所有發(fā)動機和機械生產企業(yè)進行選擇性強制檢查，并通過檢查來核查生產企業(yè)申報數據的可信性，檢測程序是否符合法規(guī)要求等。具體過程可能為在EPA監(jiān)督下在同一試驗室重復確認試驗。SEA檢查對象的選取來自生產企業(yè)報EPA的一定時期內產品計劃，EPA從中選擇。有關SEA檢查結果生產企業(yè)應保留1年以上時間。（2）具有彈性的管理政策）具有彈性的管理政策美國空氣清潔法1990修正案后

51、重要變化是管理政策的靈活性、實用性和有效性，逐步成為美國排放法規(guī)的特色之一。其基本出發(fā)點是從排放總量控制理念出發(fā)，不犧牲環(huán)境利益為前提，來平衡經濟發(fā)展與環(huán)境保護。但過于靈活的管理政策使得管理程序和內容復雜化，同時需要更加嚴格謹密的監(jiān)督機制來保證。（a）ABT制度ABT（平均、存儲、交易）制度在標準內容介紹中有過簡單描述。其中平均指一個年型中不同系族之間可以交換信用值；存儲指將產生并折扣后的信用值，可留待將來使用；交易指在不同生產企業(yè)間交易信用值。其具體操作方式如下：企業(yè)在進行認證期間，申明其發(fā)動機系族的排放限值，即FEL。在型年結束后，生產企業(yè)向EPA提交信用（Credit）報告，信用度（Cr

52、edit）=系族排放限值 CF 有效壽命 產量 10-6；其中：CF為瞬態(tài)循環(huán)轉換系數，即NRTC循環(huán)功/里程數。EPA對生產企業(yè)上報的信用報告進行現(xiàn)場ABT審核。隨著ABT制度的實施，促進了清潔產品更早地進入市場，帶來很好的環(huán)境收益，對標準期限通過信用制度進行靈活處理，促進標準實施進程；由于可靈活標準限值結止時間點，生產企業(yè)可以方便規(guī)劃其生產計劃，適度延長重要產品的生命期，新產品可通過交易信用來沖抵部分開發(fā)費用。（b）小批量政策對于小批量（Small Entity Flexibility）產品，標準中有明確規(guī)定，對其減免一些檢查項目。系族認證也適用于小批量、延長對其的檢查時間等。4.3.7基

53、準燃油基準燃油在Tier1和Tier2階段，EPA沒有對非道路移動機械用柴油機用燃油中的硫含量做出具體規(guī)定，煉油工業(yè)中的硫含量最大為0.5%，實際使用過程中硫含量基本在0.3%。為了Tier3和Tier4階段柴油機新技術的應用，EPA對燃油中的硫含量做出了規(guī)定，2007年6月開始，非道路用柴油機使用的柴油中硫含量不得超過500ppm，2010年6月開始，不同功率段非道路用柴油機陸續(xù)使用硫含量不得超過15ppm的柴油。4.4 全球統(tǒng)一的非道路法規(guī)4.4.1標準發(fā)展歷程標準發(fā)展歷程全球統(tǒng)一的非道路法規(guī)是由聯(lián)合國世界車輛法規(guī)協(xié)調論壇（UN/WP29）制定和發(fā)布。WP29 于 1998 年 6 月 2

54、5 日制訂關于對輪式車輛、可安裝和/或用于輪式車輛的裝備和部件制定全球性技術法規(guī)的協(xié)定，該協(xié)定書簡稱為1998 年協(xié)定書，各締約方以此協(xié)定書為法律框架，共同制修訂全球統(tǒng)一的汽車技術法規(guī)。中國于 2000 年簽署該協(xié)定書，成為正式締約方。我國作為1998 年協(xié)定書的正式締約國，享有對全球統(tǒng)一汽車技術法規(guī)從立項到審查批準的全過程的投票表決權利，同時也有義務采用該技術法規(guī)，將其引入自身的汽車技術法規(guī)體系中。全球統(tǒng)一的非道路移動機械（NRMM）排放法規(guī)，是第 11 號全球統(tǒng)一技術法規(guī)（Global technical regulation No. 11） ，于 2009 年 11 月 12 日頒布。該

55、法規(guī)沒有制定統(tǒng)一的排放限值要求，也沒有統(tǒng)一的實施日期，只規(guī)定了排氣污染物的測量方法，該方法直接與歐美第四階段測量方法的要求相對應。4.4.2適用適用范圍范圍該法規(guī)適用于凈功率不小于 19kW 且不大于 560kW 的農用車、拖拉機和非道路移動機械用柴油機。4.4.3試驗循環(huán)試驗循環(huán)該法規(guī)的試驗循環(huán)除了歐盟的八工況、五工況和針對非恒定轉速的柴油機瞬態(tài)試驗循環(huán)外，對于穩(wěn)態(tài)試驗的發(fā)動機還可以選用快速過渡模式試驗（見表24、25）。表 24 九工況快速過渡模式試驗（非恒速發(fā)動機可選用）試驗時間狀態(tài)s轉速扭矩1a 穩(wěn)態(tài)126怠速（熱）01b 過渡20線性過渡線性過渡2a 穩(wěn)態(tài)159中間轉速1002b 過

56、渡20中間轉速線性過渡3a 穩(wěn)態(tài)160中間轉速503b 過渡20中間轉速線性過渡4a 穩(wěn)態(tài)162中間轉速754b 過渡20線性過渡線性過渡5a 穩(wěn)態(tài)246額定轉速1005b 過渡20額定轉速線性過渡6a 穩(wěn)態(tài)164額定轉速106b 過渡20額定轉速線性過渡7a 穩(wěn)態(tài)248額定轉速757b 過渡20額定轉速線性過渡8a 穩(wěn)態(tài)247額定轉速508b 過渡20線性過渡線性過渡9 穩(wěn)態(tài)128怠速（熱）0表 25 五工況快速過渡模式試驗（恒速發(fā)動機可選用）試驗時間狀態(tài)s轉速扭矩1a 穩(wěn)態(tài)53設定轉速1001b 過渡20設定轉速線性過渡2a 穩(wěn)態(tài)101設定轉速102b 過渡20設定轉速線性過渡3a 穩(wěn)態(tài)2

57、77設定轉速753b 過渡20設定轉速線性過渡4a 穩(wěn)態(tài)339設定轉速254b 過渡20設定轉速線性過渡5 穩(wěn)態(tài)350設定轉速504.4.4基準燃油基準燃油因為不同國家的燃油技術參數存在不同，GTR No.11 標準中規(guī)定了三種可供選擇的基準燃油，分別與歐盟、美國、日本的基準燃油相同，主要燃油參數見表 26。表 26 GTR No.11 規(guī)定的基準燃油主要參數十六烷值運動黏度mm2/s多環(huán)芳香烴m/m硫含量mg/kg 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 最大歐盟52542.33.32.06.010美國40502.03.235715日本53603.04.55.0105國內相關標準5.1 三

58、輪汽車和低速貨車用柴油機排放標準三輪汽車和低速貨車用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法（GB19756-2005）適用于三輪汽車和低速貨車裝用的柴油機及其車輛。試驗循環(huán)采用 13 工況循環(huán)，見表 27。型式核準與生產一致性檢查采用不同的限值，見表 28、29。標準于 2006 年 1 月 1 日實施第 I 階段，2007 年 1 月 1 日實施第II 階段。目前該標準第三階段正在制定中。中國是一個農業(yè)大國，很多的柴油機既可以使用于三輪汽車和低速貨車，又使用于非道路機械，例如 1105、1115 等既可以用于三輪汽車也可以用于拖拉機，485、493 等機型既可以用于低速貨車又可以應用于小型的工程

59、機械，農業(yè)機械等。但是三輪汽車和低速貨車的使用工況與非道路機械有很大的區(qū)別，反而更接近于車用柴油機，同時考慮到三輪汽車和低速貨車又相對技術落后、技術升級難度大等特點，我們國家專門制定了 GB19756-2005 這個標準。表 27 GB19756-2005 試驗循環(huán)工況號柴油機試驗轉速負荷百分比 L1怠速2中間轉速10 3中間轉速254中間轉速505中間轉速756中間轉速1007怠速8額定轉速1009額定轉速7510額定轉速5011額定轉速2512額定轉速1013怠速表 28 型式核準試驗排放限值 單位：g/（kWh）實施階段一氧化碳（CO）碳氫化合物（HC）氮氧化物（NOX）顆粒物（PM）第

60、階段11.22.414.4第階段4.51.18.00.61表 29 生產一致性檢查試驗排放限值 單位：g/（kWh）實施階段一氧化碳（CO）碳氫化合物（HC）氮氧化物（NOX）顆粒物（PM）第階段12.32.615.8第階段4.91.239.00.685.2 GB/T8190 系列標準GB/T8190 等同采用 ISO8178 標準，ISO8178 標準作為一項國際通用試驗準則，為一系列標準，適用范圍較寬，并且沒有制訂排放限值。我國質量技術監(jiān)督局于 1999 年發(fā)布的 GB/T8190.1-1999往復式內燃機 排放測量 第 1 部分：氣體和顆粒物的試驗臺測量 、GB/T8190.4-1999