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(biāo)準編制組 二0三年五月 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(dān)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(biāo)準所技術(shù)管理負責(zé)人：紀亮 標(biāo)準處項目負責(zé)人：谷雪景目錄1 項目背景 . 11.1 任務(wù)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.

2、4 配套情況 . 42.5 保有量情況 . 52.6 柴油消耗量情況 . 62.7 進口二手機械情況. 63 標(biāo)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(nèi)燃機行業(yè)可持續(xù)發(fā)展. 84 主要國家、地區(qū)及國際組織相關(guān)標(biāo)準研究 . 94.1 ISO 標(biāo)準 94.2 歐盟法規(guī) . 104.3 美國法規(guī) . 154.4 全球統(tǒng)一的非道路法規(guī) . 215 國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準 . 235.1 三輪汽車和低速貨車用柴油機排放標(biāo)準 235.2 GB/T8190 系列標(biāo)準 245.3 中小功率柴油機排氣污染物排放限值 . 266 主要修訂內(nèi)容 . 26

3、6.1 原標(biāo)準基本情況 . 266.2 增加的術(shù)語與定義 . 276.3 加嚴了污染物的排放限值 . 276.4 增加了耐久性要求 . 286.5 基準燃油的改變 . 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. 317 本標(biāo)準與歐美相關(guān)標(biāo)準的差異 . 317.1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 . 327.4 與其現(xiàn)行標(biāo)準限值的差異 . 328 實施本標(biāo)準的環(huán)境效益及經(jīng)濟技術(shù)分析 . 338.1實施本標(biāo)準的環(huán)境（減排）和社會效益 338.2 燃油可行性分析 . 338.3 發(fā)動機技術(shù)可行性及成本分析.

4、 348.4 測試設(shè)備可行性分析 . 371 項目背景1.1 任務(wù)來源根據(jù)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(zé)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(biāo)準，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(wù)后，濟南汽車檢測中心立即成立了標(biāo) 準編制組，開始前期調(diào)研工作。從2007年開始，標(biāo)準編制組人員對歐洲現(xiàn)行的 2004/26/EC 標(biāo)準和美國的 CFR PART 8及美國現(xiàn)行的第IV階段的標(biāo)準CFR PART 10

5、3進行了翻譯、整理、研究。 并積極與國內(nèi)外企業(yè)進行技術(shù)交流，深入了解歐美制定相關(guān)標(biāo)準的原則和依據(jù)， 同時從國內(nèi)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(nèi)企業(yè)相 關(guān)機型的排放狀況。2008年底，標(biāo)準編制組根據(jù)調(diào)研情況，確定了本標(biāo)準的基本框架，并開始起 草開題報告和標(biāo)準草案。 2009 年12月24日，環(huán)保部科技標(biāo)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(biāo)準開題論證會。會后，標(biāo)準編制組根據(jù)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

6、相關(guān)標(biāo)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(biāo)準編制組進行了交流， 針對兩個標(biāo)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(biāo)準與其他標(biāo)準間的協(xié)調(diào)和 銜接。另外，標(biāo)準編制組還對37kW以下發(fā)動機型主要生產(chǎn)企業(yè)進行了更詳細的調(diào) 研，并組織協(xié)調(diào)了一批機型進行了驗證。2011年1月，標(biāo)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(biāo)準 制修訂的技術(shù)內(nèi)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(biāo)準征 求意見稿初稿的技術(shù)內(nèi)容，并根據(jù)探討內(nèi)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(yīng)用領(lǐng)域廣闊， 是當(dāng)前無法替代的移動機械領(lǐng)

7、域的配套動力，在我國國民經(jīng)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(yīng)用于船舶和大型發(fā)電機組，不在本標(biāo)準控制范圍內(nèi)，在此不作介紹。近幾年來非道路用柴油機年產(chǎn)量保持在300萬臺以上。主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械、工程機械等領(lǐng)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

8、應(yīng)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(fēng)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(nèi)燃機行業(yè)中按臺數(shù)計算約占 10%是量大面廣的產(chǎn)品， 也是我國主要的機電出口產(chǎn)品之一。 單缸柴油機主要配套農(nóng)用排灌機具、 手扶拖 拉機等農(nóng)用機械。目前我國單缸機主要生產(chǎn)企業(yè)穩(wěn)定在50家左右，占到了國內(nèi)單 缸柴油機總產(chǎn)量的99%上，主要有常柴、常發(fā)、時風(fēng)、江動、常工等，近幾年 單缸機企業(yè)產(chǎn)銷量情況見表1。表1我國單缸柴油機年產(chǎn)銷量（2007-2011年）單位：萬臺年份20072

9、008200920102011產(chǎn)銷量情況產(chǎn)量銷量產(chǎn)量銷量產(chǎn)量銷量產(chǎn)量銷量產(chǎn)量銷量865.4864.7668.3662.4777.5775.6865.1862.2849.9832.2銷量增幅/%10.99-23.4017.0911.17-3.482011年，我國單缸柴油機總產(chǎn)量為849.9萬臺，其中，配套三輪汽車和低速 貨車用單缸機約為341.3萬臺，出口量為266.0萬臺，應(yīng)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(shù)不大于4缸的柴油機，應(yīng)用領(lǐng) 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

10、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(shù)和自然吸氣等技術(shù)并存的 局面。小缸徑多缸柴油機全近幾年產(chǎn)量情況見表 2。表2我國小缸徑多缸柴油機年產(chǎn)銷量 （2007-2011年） 單位：萬臺年份20072008200920102011產(chǎn)銷量情況產(chǎn)量銷量產(chǎn)量產(chǎn)量銷量產(chǎn)量產(chǎn)量銷量產(chǎn)量銷量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(chǎn)量中，與非道路機械配套的比率約為27.2%,共89萬臺左右。2

11、.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(chǎn)企業(yè)主要是由大型企業(yè)（以車用柴油機的 生產(chǎn)企業(yè)為主）。企業(yè)已經(jīng)具有相對成熟的排放控制技術(shù)，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，且該系列機 型技術(shù)集中程度高、利潤大，車用柴油機國2排放控制技術(shù)水平對非道路柴油機 進行“移植”，開發(fā)難度和經(jīng)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(shù)、以及噴油壓力為90-100MPa的P型噴油泵等相應(yīng)階段先進 技術(shù)，在柴油機加工、配套質(zhì)量完好控制之下，排放控制水平和基

12、礎(chǔ)較高。目前 國內(nèi)約有15家企業(yè)生產(chǎn)非道路用柴油機，從2011年產(chǎn)量來看，廣西玉柴、濰柴、 一汽錫柴、濰柴動力（揚州）、東風(fēng)朝柴、中國重汽這6家企業(yè)年產(chǎn)量均超過了 10萬臺。詳細產(chǎn)量見表3。表3 2011年中等缸徑柴油機年產(chǎn)超10萬臺企業(yè)情況單位：萬臺序號企業(yè)名稱主要產(chǎn)品型號總產(chǎn)量1廣西玉柴YC6105 YC6108 YC6112|、YC4108 YC4110YC4112、YCD2108 YCD211567.72濰柴動力WD61 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、

13、485 系列14.25東風(fēng)朝柴4102Q 4102BZQ 4105、6102、6102BZQ6105、40 系列 112、QD32系列18.16中國重汽WD61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(nóng)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(nóng)機具、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(jù)內(nèi)燃機協(xié)會的統(tǒng)計，2011年我國配套內(nèi)燃機的工程機械 產(chǎn)品銷量達到80萬臺，具體

14、應(yīng)用領(lǐng)域見表4。2009年下半年至2011年初，工程機 械產(chǎn)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(jù)工程機械行業(yè)經(jīng)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(lǐng)域數(shù)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(jù)內(nèi)燃機協(xié)會的統(tǒng)計，2011年我國共有174家拖拉機生產(chǎn)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

15、，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(chǎn)銷量的持續(xù)增長得益于農(nóng)機補貼和更新需求，預(yù)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(jù)內(nèi)燃機協(xié)會統(tǒng)計， 2011年功率小于560kW的發(fā)電機組產(chǎn) 量約8.5萬臺臺，內(nèi)銷約6萬臺，占總產(chǎn)量的69.4%。詳細統(tǒng)計見表5。2011年全國 電力供應(yīng)形勢總體為平衡偏緊，內(nèi)燃發(fā)電機組行業(yè) 2011年完成工業(yè)總產(chǎn)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(chǎn)品銷售情況單位：臺功率范圍/kW內(nèi)銷出口功率v 10418521894910

16、< 功率v 10073303734100 w功率v 20037451287200 w功率v 3002589760300 w功率v 4001951785400 w功率v 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(shù)據(jù)。根據(jù)“十一五”國家科技支撐計劃課題環(huán)境污染物排放關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準研制的研究 統(tǒng)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

17、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(nèi)燃機）為主，占 總保有量的70%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(nèi)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(nèi)河船用發(fā)動機最高功率可 達上千kW，鐵路內(nèi)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(nèi)燃機車的保有量變化不大。我國非道路發(fā)動機保肓?xí)灧植迹ㄈf臺1457非遭路移功機100020.-3 B' *圖1我國非道路用發(fā)動機保有量分布22.

18、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(jù)“ 一五”國家科 技支撐計劃課題環(huán)境污染物排放關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)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(nóng)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。船舶，1013.34, 15%896.7, 14%農(nóng)業(yè)移動機械,1454.01,22%農(nóng)用運輸車，1915.79, 29%固定式,821.4 ,12%鐵路機車，516.5, 8%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(jīng)濟的高速增長，

19、國內(nèi)部分工程機械（主要是挖掘機）的 產(chǎn)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(nèi)新生產(chǎn)挖掘機的銷售量對比見表6表6進口二手挖掘機與國內(nèi)新生產(chǎn)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舊機與新機銷量比（%53.8%40%38.7%32.5%15.7%19.8%國產(chǎn)品牌新機銷量（臺）76961093016400199202471346928舊

20、機與國產(chǎn)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(yīng)符合中國非道路移動 機械用柴油機第一階段排放標(biāo)準要求；2009年10月1日后，應(yīng)符合中國非道路 動機械用柴油機第二階段排放標(biāo)準要求。3標(biāo)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(jīng)濟和社會發(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)

21、控機制，控制區(qū)域復(fù)合型大氣污染?！痹趪噎h(huán)境保護標(biāo)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(biāo)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(biāo)準，研究建立有毒有害污染物和溫室氣體排放控制標(biāo)準的可行性。其次，完善在用機動車、非道路機械排放標(biāo)準和監(jiān)督管理技術(shù)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(biāo)準，加強在用車和發(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(shù)法規(guī)協(xié)調(diào)，積極跟蹤和參與機動車、非道 路移動機械、燃油等技術(shù)法規(guī)制訂，推進機動車排放標(biāo)準與國際接軌。重點區(qū)域大氣

22、污染防治“十二五”規(guī)劃中關(guān)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，實施國家第川階 段非道路移動機械排放標(biāo)準和國家第I階段船用發(fā)動機排放標(biāo)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(nèi)燃機行業(yè)迎來了其高速發(fā)展期，從2001年到2009 年，內(nèi)燃機產(chǎn)量從1783.63萬臺增長為6700萬臺，短短9年時間，內(nèi)燃機的產(chǎn) 量增長了 270% 2001-2009年我國內(nèi)燃機行業(yè)產(chǎn)量變化狀況見圖 3。2001-2009年我國內(nèi)燃機產(chǎn)量變化情況圖3 2001-2009年我國內(nèi)燃機行業(yè)產(chǎn)量變化情況對內(nèi)燃機行業(yè)來說，不管是柴油機還是汽油機，不管是道路車

23、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，對人體的健康損害非常嚴重一 刺激呼吸道，使呼吸系統(tǒng)的免疫力下降， 導(dǎo)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(zhì)一 苯類物質(zhì)，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(jīng)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

24、反射，降低 身體靈巧度，減弱運動的能力等HC神經(jīng)系統(tǒng) 造血系統(tǒng) 呼吸系統(tǒng) 其他神經(jīng)衰弱貧血降低人體對呼吸道傳染的抵抗力致癌光化學(xué)煙霧NO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(xué)煙霧 酸雨顆粒物呼吸系統(tǒng) 其他支氣管炎、肺部疾病 含多種致癌物質(zhì)灰霾等3.3促進內(nèi)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GB20891-200標(biāo)準第II階段排放控制要求，新標(biāo)準的實施，加快了企業(yè)資金投入和新技術(shù)的研發(fā),使得產(chǎn)品性能和排放狀況得到了改善。同時我們發(fā)現(xiàn)該標(biāo)準的要求相對車用機排 放標(biāo)準要求要寬松的多，加上對非道路柴油機的排放控制

25、較晚，目前非道路用柴油機的排放水平僅相當(dāng)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(nèi)燃機行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，有必要制定更加嚴格的標(biāo)準。4 主要國家、地區(qū)及國際組織相關(guān)標(biāo)準研究4.1 ISO標(biāo)準國際標(biāo)準化組織International Standard Organized（ISO）是由各國標(biāo)準化團體組成的世界性的聯(lián)合會。ISO標(biāo)準一般涉及試驗方法、術(shù)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(biāo)準組織大會 上，中國正式成為ISO的常任理事國。ISO 8178往復(fù)式內(nèi)燃機排放測量系列標(biāo)準目前共有 11部分（見表8

26、），每 一部分對往復(fù)式內(nèi)燃機排放測量做了相應(yīng)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(fù)式內(nèi)燃機排放測量制定。ISO 8178標(biāo)準作為一項 國際通用試驗準則，為一系列標(biāo)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，規(guī)定了試驗臺測量方法（ISO8178-1往復(fù)式內(nèi)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(fù)式內(nèi)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(biāo)準標(biāo)準號標(biāo)準名稱£08178-1:2009往復(fù)式內(nèi)燃機排放測量 第1部分：氣體和顆粒排

27、放物的試 驗臺測量£08178-2:2008往復(fù)式內(nèi)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(fù)式內(nèi)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(fù)式內(nèi)燃機排放測量 第4部分：不冋用途發(fā)動機的試驗 循環(huán)ISO8178-5:2008往復(fù)式內(nèi)燃機排放測量 第5部分：測試燃油ISO8178-6:2001往復(fù)式內(nèi)燃機排放測量 第6部分：測量結(jié)果和檢測報告ISO8178-7:1997往復(fù)式內(nèi)燃機排放測量 第7部分：發(fā)動機系族定義ISO8178-8:1997往復(fù)式內(nèi)燃機排放測量 第8部分：發(fā)動機系組定義ISO81

28、78-9:2001往復(fù)式內(nèi)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(fù)式內(nèi)燃機排放測量 第10部分：在瞬態(tài)條件下工作的壓然式發(fā)動機排氣煙度排放物的現(xiàn)場測試循環(huán)和測試程序£08178-11:2006往復(fù)式內(nèi)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(fù)式內(nèi)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(chǔ)試驗循環(huán)11工況（見圖4）的基礎(chǔ)上，對不同的點進行取舍，采用不同的加權(quán)而形成的。基

29、準試 驗循環(huán)包括怠速點11,中間轉(zhuǎn)速點6、7、& 9、10,額定轉(zhuǎn)速點1、2、3、4、5。由1到5對應(yīng)的負荷分別為100% 75% 50% 25% 10%不同的工況點有著不同的加權(quán)系數(shù)。T1圖4 ISO8178-4基準試驗循環(huán)非道路柴油機根據(jù)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(yīng)用于非恒定轉(zhuǎn)速工作下的發(fā)動 機，例如工程機械、農(nóng)業(yè)機械、叉車等所用發(fā)動機；五工況應(yīng)用于恒定轉(zhuǎn)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(yīng)用于在非恒定轉(zhuǎn)速下工作，功率小于18kW勺發(fā)動機除可用五工況外，可選用的一種試驗工況。例如除

30、草機、空氣壓縮機等所用發(fā)動機。10*4咚15%1 110 J11TO%(%4speed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(shè)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(shè)備、鏟雪機、機場地面支持設(shè)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200

31、0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 COM2000)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(biāo)準在更大范圍內(nèi)取得一致。在2002年12月27日對97/68/EC指令進行第三次修訂為 2004/26/EC指令。 控制范圍增加了內(nèi)河船、機車、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適用范圍歐盟因為單缸機數(shù)量較少，且通過協(xié)會來進行管理，因此在非道路標(biāo)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(diào)整為19kW第I階段

32、，功率范圍從37kW到560kW勺非道路移動機械用柴油機。第II階段功 率范圍從18kW560kW勺非道路移動機械用柴油機。第川階段分為IIIA和IIIB兩 個階段，IIIA階段功率范圍從19kW560kW勺非道路用柴油機；IIIB階段功率范 圍從37kW560kW勺非道路移動機械用柴油機。第IV階段功率范圍從56kW560kW 的非道路移動機械用柴油機。4.2.3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(jù)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(jù)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

33、的排 放控制技術(shù)所導(dǎo)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 NO和THC勺控制要求，CO勺限值沒有改變，PM也僅僅是19kW37kW之間的機 型加嚴了 12.5%。而NO和THC艮據(jù)功率段的不同，加嚴了 21唸U43%可見歐盟IIIA 階段主要就是加嚴對NO和THC勺控制。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NO的控制要求，加嚴幅度在80%以上，說明IV階段的 時候SC或EG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標(biāo)準 階段功

34、率段劃分（kW排放限值（g/kWh）實施日期COTHCHC+NONOPM歐137W Pv 756.51.39.20.851998.07.0175W Pv 1305.01.39.20.7130W PW 5605.01.39.20.54歐II18W Pv 375.51.58.00.82000.01.0137W Pv 755.01.37.00.42003.01.0175< Pv 1305.01.06.00.32002.01.01130< PW 5603.51.06.00.22001.01.01歐 IIIA19<P<375.57.50.62006.01.0137W P<7

35、55.04.70.42006.01.0175W P<1305.04.00.32006.01.01130 W PW 5603.54.00.22005.07.01歐 IIIBP:37 W P<565.04.70.0252011.01.01N:56W P<755.00.193.30.0252011.01.01M:75W P<1305.00.193.30.0252011.01.01L:130 W PW 5603.50.192.00.0252010.01.01歐IVR:56W P<1305.00.190.40.0252014.01.01Q:130W PW 5603.50.1

36、90.40.0252013.01.01424試驗循環(huán)標(biāo)準在第I、II和IIIA階段，使用ISO8178中的穩(wěn)態(tài)試驗循環(huán)（NRS）根據(jù) 發(fā)動機類型的不同，又規(guī)定了不同的試驗循環(huán)， 比如用在工程機械、農(nóng)用機械上 的非恒定轉(zhuǎn)速的發(fā)動機，使用八工況循環(huán)， 用在發(fā)電機組、水泵上的恒定轉(zhuǎn)速發(fā) 動機使用五工況循環(huán)。在川B和IV階段除了穩(wěn)態(tài)循環(huán)外，又增加了瞬態(tài)試驗循環(huán)（NRTC，瞬態(tài)試驗循環(huán)僅用于IIIB、IV階段非恒定轉(zhuǎn)速的發(fā)動機。對于非恒定轉(zhuǎn)速柴油機進行八工況循環(huán)，例如工程機械、農(nóng)業(yè)機械用柴油機，見表10表10非恒定轉(zhuǎn)速柴油機試驗循環(huán)工況號轉(zhuǎn)速負荷（%加權(quán)系數(shù)1額定轉(zhuǎn)速1000.152額定轉(zhuǎn)速750.15

37、3額定轉(zhuǎn)速500.154額定轉(zhuǎn)速100.15中間轉(zhuǎn)速1000.16中間轉(zhuǎn)速750.17中間轉(zhuǎn)速500.18怠速-0.15第I、II和IIIA階段，對于恒定轉(zhuǎn)速柴油機進行五工況循環(huán)，例如發(fā)電機組、水泵等用柴油機，見表11。表11恒定轉(zhuǎn)速柴油機試驗循環(huán)工況號轉(zhuǎn)速負荷%加權(quán)系數(shù)1額定轉(zhuǎn)速1000.052額定轉(zhuǎn)速750.253額定轉(zhuǎn)速500.34額定轉(zhuǎn)速250.35額定轉(zhuǎn)速100.1在IIIB和IV階段，弓|入了 NRT（瞬態(tài)試驗循環(huán)），類似于車用機的ETC式驗循 環(huán)，該試驗循環(huán)只適用于非恒定轉(zhuǎn)速的非道路移動機械用柴油機。 只是時間有所 縮短，整個試驗循環(huán)為1238秒，試驗循環(huán)見圖6。SowdIN K

38、 TC dynamo meter圖6 NRTC試驗循環(huán)425耐久性要求從III階段開始，增加了有效壽命的概念，有效壽命指的是發(fā)動機在表10規(guī)定的時間內(nèi)，各污染物排放結(jié)果要滿足標(biāo)準限值的要求。不同功率段的發(fā)動機， 其有效壽命也是不一樣的，各功率段發(fā)動機的有效壽命見表12。標(biāo)準要求至少選 擇發(fā)動機有效壽命的1/4來進行耐久性試驗，制造廠應(yīng)以良好的工程方法為基礎(chǔ)， 采用能夠代表在用發(fā)動機排放性能劣化的試驗循環(huán)，運行耐久性試驗。試驗可以在認證機構(gòu)的進行也可以在發(fā)動機制造廠進行， 但要在型式認證機構(gòu)的有效監(jiān)督 下。在通過耐久性試驗確定發(fā)動機各污染物的劣化系數(shù)。在整個耐久性試驗過程中至少測試3次排放，應(yīng)在

39、磨合期結(jié)束時、耐久性試驗結(jié)束時、耐久性試驗期間 選擇的幾個間隔點進行排放測試。表12有效壽命要求柴油機類型有效壽命（小時）< 37kW（恒轉(zhuǎn)速）3000< 37kW（非恒轉(zhuǎn)速）5000>37kW8000劣化系數(shù)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(shù)試驗時間x排放數(shù)值y備注102.23” f=4J=1Mt* F1 n7X“處-沖 .N i-1n N210002.26320002.28a0.000025b2.232480002.432y=ax+b502.232劣化系數(shù)DFs加法計算0.200不帶后處理乘法計算1.090帶后處理如表13所示，一臺37kW以上的

40、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次排放測試，CO勺結(jié)果為2.23，1000小時的時候CO勺結(jié) 果為2.26，2000小時的時候結(jié)果為2.28。那么根據(jù)最小二乘法公式，我們可以計 算出a，b的結(jié)果，如表13所示，這樣根據(jù)公式y(tǒng)=ax+b，任何時間點的排放結(jié)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(jié)果為2.232。在 根據(jù)發(fā)動是否有后處理，可以算出劣化系數(shù)（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

41、 DFs=2.432/2.232=1.090。 4.2.6基準燃油參數(shù)隨著標(biāo)準限值的提高，發(fā)動機需要采用更先進的排放控制技術(shù)，例如高壓共軌、單體泵、EGR DO等，這樣技術(shù)對燃油品質(zhì)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。因此從川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 I0ppm與車機第VI階段燃油硫含量一致。各階段燃油主 要參數(shù)對比見表14。表14歐盟各階段基準燃油參數(shù)參數(shù)十六烷值硫含量（ppm）標(biāo)準最小

42、最大最小最大歐1、歐II455010002000歐 IIIA5254/300歐IIIB、歐 IV/54/104.3美國法規(guī)4.3.1標(biāo)準發(fā)展歷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(biāo)準。40 CFR PART039是美國非道路移動機械用柴油機第四階段的排放標(biāo)準，該 標(biāo)準從2008年份功率段逐步開始實施，從2008年到2014年是本標(biāo)準的過渡期， 過渡期內(nèi)有相應(yīng)限值要求，2014年以后，正式實施

43、第四階段限值要求。4.3.2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排放限值及實施日期Tierl至到Tier3，各功率段排放限值及實施時間，見表15表15排放限值實施時間功率（kW階段實施時間排放限值（g/kWh）NCXTHCNMHC+NOCOPMP<8Tier1 12000/10.58.01.0Tier2 :2005/7.5P 8.00.808< P<19Tier12000/9.56.60.80Tier22005/7.56.60.8019W P <37Tier119999.2/Tier22004/7.55.50.4037W P <7

44、5Tier119989.2/Tier22004/7.55.00.4Tier3 :2008/4.7P 5.075W P <130Tier119979.2/Tier2 12003/6.6r 5.00.30Tier320074.05.0130W P <225Tier1 :19969.21.3/：11.40.54Tier22003/6.63.50.20Tier3 :2006/4.0P 3.5225W P <450Tier119969.21.3/11.40.54Tier22001/6.4r 3.50.20Tier32006/4.03.5450W P W 560Tier119969.21

45、.3/：11.40.54Tier22002/6.43.50.20Tier32006/4.0r 3.5P >560Tier120009.21.3/11.40.54Tier22006/6.43.50.20Tier 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。PART 89 (2008 以前)13(JPART 1039 (2014以后)22545() 56013()560圖7 PART89與PART103功率段劃分區(qū)別Tier 4從2008年開始實施，2008年到2014年為標(biāo)準的過渡時期，2014年后正式實施Tier4，在過渡期相比Tier 3只是加

46、嚴了 NOX勺排放限值，過渡期結(jié)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(chǎn)品升級也避免了直接到第四階段造成的產(chǎn)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 過渡時期排放限值功率（kW實施日期排放限值（g/kWh）CONMHCNMHC+NXONOPMP<1920086.6/7.5/0.4019W P <5620135.0/4.7/0.0356W P <1302012-20145.00.19:/0.4 ：0.20 :130W P w 5602011-20143.50.19/0.40.2

47、0P >5602011-20143.50.19/3.50.20表17 2014年及其之后的發(fā)動機排放限值功率（kW范圍排放限值（g/kWh）CONMHCNMHC+NXONOPMP<19全部6.6/7.5/0.4019w P <56全部5.0/4.7/0.0356< P <130全部5.00.19/0.40.02130< P w 560全部3.50.19/0.40.02P >560發(fā)電機組3.50.19/0.670.03非發(fā)電機組3.50.19/3.50.044.3.4試驗循環(huán)Tier 1到Tier 3，非恒定轉(zhuǎn)速柴油機測試循環(huán)采用八工況循環(huán)，如工程機

48、械、農(nóng)用機械用柴油機，恒定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速負荷（%加權(quán)系數(shù)1額定轉(zhuǎn)速1000.152額定轉(zhuǎn)速750.153額定轉(zhuǎn)速500.154額定轉(zhuǎn)速100.15中間轉(zhuǎn)速1000.16中間轉(zhuǎn)速750.17中間轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速負荷%加權(quán)系數(shù)1額定轉(zhuǎn)速1000.052額定轉(zhuǎn)速750.253額定轉(zhuǎn)速50

49、0.34額定轉(zhuǎn)速250.35額定轉(zhuǎn)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< 19201319 w P < 56201356 w P < 1302012130< P< 56020114.3.5有效壽命、召回期和質(zhì)保期（1）有效壽命（useful life ）EPA勺有效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(shù)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(shù)。在整個試驗過程中至少測試 3次排放

50、，即0小時，中間小 時、耐久試驗結(jié)束時，根據(jù)最小二乘法計算劣化系數(shù)，有效壽命的規(guī)定見表21。表21有效壽命的規(guī)定功率（kW工作特性額定轉(zhuǎn)速有效壽命時間（小時）年限（年）Pv 19恒速/非恒速任何轉(zhuǎn)速3000519w Pv 37恒速> 300030005恒速v 300050007非恒速任何轉(zhuǎn)速P> 37恒速/非恒速任何轉(zhuǎn)速800010（2）召回期（recall ）標(biāo)準中規(guī)定，根據(jù)發(fā)動機的額定功率和額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 速大于或等于3000

51、r/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(guān)于召回期的規(guī)定見表22。表22召回期的規(guī)定功率（kW工作特性額定轉(zhuǎn)速召回期時間（小時）年限（年）Pv 19恒速/非恒速任何轉(zhuǎn)速2250419W Pv 37恒速> 300022504恒速/非恒速任何轉(zhuǎn)速37505P> 37恒速/非恒速任何轉(zhuǎn)速60007（3）質(zhì)保期（warranty）根據(jù)美國空氣清潔法和PART 8際準規(guī)定，生產(chǎn)企業(yè)對其產(chǎn)品應(yīng)提供相 應(yīng)的擔(dān)保期：對于額定功率小于19kW勺所有發(fā)動機和額定功率小于37kW額定轉(zhuǎn) 速超過3000轉(zhuǎn)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(chǎn)企業(yè)對一些部件有較長質(zhì)保期（收 費或免費），則對這些部件的排放相關(guān)保證也應(yīng)延長該質(zhì)保期。詳細規(guī)定見表23。表23質(zhì)保期規(guī)定功率（kW工作特性額定轉(zhuǎn)速質(zhì)保期時間（小時）年限（年）Pv 19恒速/非恒速任何轉(zhuǎn)速1500219W Pv 37恒速> 300015002恒速/非恒速任何轉(zhuǎn)速30005P> 37恒速/非恒