柴油機排氣污染物排放限值及測量方法

《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(中國及測量方法(中國第三階段)建等I 況[1] 1 分析 7 主要國家、地區(qū)及國際組織相關標準研究 9 9 33 11項目背景任務來源根據(jù)環(huán)境保護部(原國家環(huán)?？偩?環(huán)辦[2006]371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1.2工作過程及測量方法(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的排放狀況。三階段)》標準開題論證會。會后，標準編制組根據(jù)開題論證會上專家提出的意量方法(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，并組織協(xié)調了一批機型進行了驗證。求意見稿初稿的技術內容，并根據(jù)探討內容，進一步完善征求意見稿。2行業(yè)概況[1]域2柴油機，以上。主要應用于我國單缸柴油機基本上以為界，分為S系列和R系列，通常我們說的大功率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7788銷量增幅/%2.2小缸徑多缸柴油機kW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、3表2我國小缸徑多缸柴油機年產銷量(2007-2011年)單位：萬臺產量銷量產量產量銷量產量產量銷量產量銷量產銷量情況銷量增幅/%2011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，由于車用柴油機批制之下，排放控制水平和基礎較高。主主要產品型號序號企業(yè)名稱廣西玉柴2濰柴動力3一汽錫柴4濰柴動力(揚總產量6314東風朝柴56計2.4配套情況主主要配套領域挖掘機裝載機推土機平地機工程起重機車壓路機攤鋪機計511年完成工業(yè)總產值86.46功率范圍/kW計2.5保有量情況達上千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6圖1我國非道路用發(fā)動機保有量分布[2]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%，是各類非道路固定式,固定式,821.4,船舶,1013.34,15%鐵路機車,516.5,8%農用運輸車,1915.79,29%1454.01,22%工程機械,896.7,14%圖2各類非道用發(fā)動機的燃油消耗量及比例[2]2.7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7新新挖掘機銷售量(臺)舊機與新機銷量比(%)國產品牌新機銷量(臺)舊機與國產新機銷量比例(%)3標準修訂的必要性分析3.1大氣污染物減排需要3.2行業(yè)發(fā)展帶來的主要環(huán)境問題822001-2009年我國內燃機產量變化情況20022003200420052006200720082009年份700060005000臺萬產3000200010002001損害思維和感覺，頭痛、慢化反射，降低身體靈巧度，減弱運動的能力等神經衰弱降低人體對呼吸道傳染的抵抗力癌破壞血液輸氧肺氣腫、支氣管炎、肺部疾病各類眼疾支氣管炎、肺部疾病含多種致癌物質派生污染光化學煙霧光化學煙霧雨灰霾等循環(huán)系統(tǒng)神經系統(tǒng)神經系統(tǒng)造血系統(tǒng)他循環(huán)系統(tǒng)感覺器官他NOX顆粒物3.3促進內燃機行業(yè)可持續(xù)發(fā)展9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4主要國家、地區(qū)及國際組織相關標準研究組成的世界性的聯(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。如對小型柴油機，規(guī)定了試驗臺測量方法(ISO8178-1《往復式內燃機排放測量標準號往復式內燃機排放測量驗臺測量往復式內燃機排放測量場測量往復式內燃機排放測量定義和測量方法往復式內燃機排放測量環(huán)標準名稱第1部分：氣體和顆粒排放物的試第2部分：氣體和顆粒排放物的現(xiàn)第3部分：穩(wěn)態(tài)條件下排氣煙度的第4部分：不同用途發(fā)動機的試驗往復式內燃機排放測量往復式內燃機排放測量往復式內燃機排放測量往復式內燃機排放測量往復式內燃機排放測量燃式發(fā)動機排氣煙度排放物的試驗臺測試循環(huán)和測試程序燃式發(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 (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?；鶞试嚪堑缆凡裼蜋C根據(jù)不同的發(fā)動機用途有三種不同的試驗循環(huán)，分別為八工圖5非道路移動機械用柴油機試驗循環(huán)動版的該提案，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IV階段的要求。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排排放限值(g/kWh)功率段劃分(kW)COTHCHC+NONOPMXX37≤P<7575≤P<130P:37≤P<56N:56≤P<75M:75≤P<130R:56≤P<130Q:130≤P≤560準實施日期標準在第I、II和IIIA階段，使用ISO8178中的穩(wěn)態(tài)試驗循環(huán)(NRSC)，根據(jù)五工況循環(huán)。在ⅢB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) 表10非恒定轉速柴油機試驗循環(huán)工工況號速負荷(%)加權系數(shù)1額定轉速2額定轉速3額定轉速4額定轉速5678第I、II和IIIA階段，對于恒定轉速柴油機進行五工況循環(huán)，例如發(fā)電機組、加權系數(shù)1額定轉速2額定轉速3額定轉速4額定轉速5額定轉速在IIIB和IV階段，引入了NRTC(瞬態(tài)試驗循環(huán))，類似于車用機的ETC試驗動機有效壽命的1/4來進行耐久性試驗，制造廠應以良好的工程方法為基礎，中至少測試3次排放，應在磨合期結束時、耐久性試驗結束時、耐久性試驗期間柴柴油機類型≤37kW(恒轉速)≤37kW(非恒轉速)有效壽命(小時)表13最小二乘法計算柴油機裂化系數(shù)備注備注不帶后處理帶后處理123ab4500加法計算乘法計算歐盟各階段基準燃油參數(shù)參數(shù)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/54/10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 表15排放限值實施時間排排放限值(g/kWh)NMHC+NOX///////功率(kW)P<19≤P<7575≤P<130225≤P<450450≤P≤560實施時間//////////////////NOX/////////////////////r表16Tier4過渡時期排放限值排排放限值(g/kWh)NMHC+NOX///功率(kW)P<130實施日期NMHC//NOX//排排放限值(g/kWh)NMHC+NOX////全部部部部發(fā)電機組非發(fā)電機組功率(kW)P<130NMHC//NOX//負荷(負荷(%)額定轉速額定轉速額定轉速額定轉速況號12345678加權系數(shù)表19恒速柴油機5工況測試循環(huán)工工況號速加權系數(shù)1額定轉速2額定轉速3額定轉速4額定轉速5額定轉速功功率P(kW)實施時間(年)P2013P2012P2011(1)有效壽命(usefullife)EPA的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)和年表21有效壽命的規(guī)定功率功率有效壽命工作特性額定轉速(kW)時間(小時)年限(年)恒速/非恒速恒速任何轉速≥3000P37恒速＜3000非恒速任何轉速P≥37恒速/非恒速任何轉速800010(2)召回期(recall)質保期質保期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，需要等于37kW的所有發(fā)動機，需要召回檢測的周期是時間(小時)工作特性恒速/非恒速恒速恒速/非恒速恒速/非恒速(kW)P≥37年限(年)4457額定轉速任何轉速≥3000任何轉速任何轉速(3)質保期(warranty)動表23質保期規(guī)定功功率(kW)P≥37工作特性恒速/非恒速恒速恒速/非恒速恒速/非恒速時間(小時)額定轉速任何轉速≥3000任何轉速任何轉速年限(年)225(1)監(jiān)督管理A(a)企業(yè)自檢查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(2)具有彈性的管理政策，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。其中平均信用度(Credit)=系族排放限值×CF×有效壽命×產量×10-6；(b)小批量政策對于小批量(SmallEntityFlexibility)產品，標準中有明確規(guī)定，對其減免4.4全球統(tǒng)一的非道路法規(guī)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。25)。速線性過渡中間轉速中間轉速中間轉速中間轉速中間轉速線性過渡額定轉速額定轉速額定轉速額定轉速額定轉速試驗時間矩0線性過渡線性過渡線性過渡線性過渡線性過渡線性過渡態(tài)1b過渡3b過渡4b過渡6b過渡額定轉速線性過渡額定轉速線性過渡線性過渡9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)狀態(tài)狀態(tài)試驗時間速矩設定轉速設定轉速線性過渡設定轉速2b過渡設定轉速線性過渡設定轉速3b過渡設定轉速線性過渡設定轉速4b過渡設定轉速線性過渡5穩(wěn)態(tài)設定轉速表規(guī)定的基準燃油主要參數(shù)硫硫含量十六烷值最大多環(huán)芳香烴最小最大運動黏度最小最大國最大《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。試驗循工況號工況號柴油機試驗轉速12345678額定轉速9額定轉速額定轉速額定轉速額定轉速實施階實施階段第Ⅰ階段第Ⅱ階段顆粒物(PM)碳氫化合物(HC)一氧化碳(CO)氮氧化物(NO)X一氧化碳(CO一氧化碳(CO)(HC)(HC)第Ⅰ階段第Ⅱ階段氮氧化物顆粒物X(NO)(PM)X定義和測量方法往復式內燃機排放測量第4部分：不同用途發(fā)動機的試驗循環(huán)試驗燃料往復式內燃機往復式內燃機往復式內燃機往復式內燃機排放測量排放測量排放測量排放測量況排氣煙度的試驗臺測量用試驗循環(huán)和測試規(guī)程況排氣煙度的現(xiàn)場測量用試驗循環(huán)和測試規(guī)程動機瞬態(tài)工況下氣體和顆粒排放物的試驗臺測量定義和測量方法往復式內燃機排放測量第4部分：不同用途發(fā)動機的試驗循環(huán)試驗燃料往復式內燃機往復式內燃機往復式內燃機往復式內燃機排放測量排放測量排放測量排放測量況排氣煙度的試驗臺測量用試驗循環(huán)和測試規(guī)程況排氣煙度的現(xiàn)場測量用試驗循環(huán)和測試規(guī)程動機瞬態(tài)工況下氣體和顆粒排放物的試驗臺測量標準名稱標準名稱實施日期顆粒排放物的排放測量第2部分：氣體和顆粒排放物的往復式內燃機試驗臺測量往復式內燃機現(xiàn)場測量往復式內燃機標準編號II要寬松。各階序號實施日期3待定6主要修訂內容6.1原標準基本情況COHCNOX//《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I、II階段)》(GB20891-2007)標準，修改采用了歐盟(EU)指令97/68/EC(截止到人(貨)的車輛裝用的第二臺發(fā)動機；額定凈功率不超過37kW，用于船舶驅動《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I、II階段)》標準發(fā)布和生效后，國家環(huán)境保護主管部門按照標準開始對非道路移動機保型式核準，對于非道路移動機械的環(huán)保管理制度初步建立。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2011年6月30日，累計有國內企業(yè)93家(約占國內柴油機主數(shù)與定義概念，有效壽命即保證非道路移動機械用柴油機及其排放控制系統(tǒng)(如有)的正洲沒有該功率段的排放標準可借鑒，本標準則參考了與美國排放法規(guī)CFR40 (kW)(g/kWh)(g/kWh)(g/kWh)(g/kWh)(g/kWh)IIIIIIIIIII75≤Pmax＜130///37≤Pmax＜75///19≤Pmax＜37///8≤Pmax＜19//-/P＜8////IIIIIIII/III/II/IIII從上表中我們可以看出：各功率段污染物的主要變化在THC+NOx，的限值要求(見表33)而制訂。本標準制訂過程中，對于19kW以下柴油機，Tier2)限值要求相同，美國第三階段沒有對該功率段發(fā)動機限值進行加嚴。美國美國中國rIIITHCCOPMNOTHCCOPMNOTHCCOPMNOTHCCOPMXXX//污染物P<19NOX6.4增加了耐久性要求對于功率大于19kW的發(fā)動機，本標準規(guī)定的耐久性要求參照歐盟排放指令表34耐久性時間要求允許允許最短試驗時間(h)柴油機功率段(kW)速任何轉速恒速恒速≥3000任何轉速有效壽命(h)額額定功率(kW)/轉速(rpm)主要用途拖拉機第一次大修時間(h)(非恒定轉速非單缸機型YC6M生產企業(yè)浙江新柴錫柴廣西玉柴額額定功率(kW)/轉速(rpm)主要用途機、收割機裝載機壓路機插秧機發(fā)電機組第一次大修時間(h)機型功率段劃分P≤37k