國外現(xiàn)行和未來的非道路車輛用柴油機排放法規(guī)

1、國外現(xiàn)行和未來的非道路車輛用柴油機的排放法規(guī) 應(yīng)用開發(fā)部 程 克 英非道路車輛也稱非道路行走式機械，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，非道路行走式機械的生產(chǎn)量和保有量迅速增長，出口量也與日俱增。環(huán)境和出口的要求，實施對非道路行走式機械排放的限制迫在眉睫，國家環(huán)境保護局已經(jīng)委托濟南汽車檢測中心負(fù)責(zé)，重慶汽車檢測中心協(xié)助制訂我國非道路行走式機械排氣污染物的排放限值和測量方法，等效采用歐盟非道路車輛排放法規(guī)也是大勢所趨。因此，筆者根據(jù)最近從國家拖拉機質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心發(fā)動機排放試驗室，AVL、RICARDO等單位收集的歐洲、美國和日本非道路車輛排放法規(guī)有關(guān)資料整理編寫了這篇文章，并附上歐洲車用柴油機第/階段的排

2、放法規(guī)供參考使用。一. 歐洲非道路車輛排放法規(guī)第一部歐洲非道路車輛排放法規(guī)發(fā)布于1998年2月27日（97/68/EC指令），該法規(guī)的細則對非道路車輛用柴油機按輸出功率范圍規(guī)定了第階段和第階段的排放限值和實施時間。第階段在1999年開始實施，第階段從2001到2004年按實施輸出功率范圍分步實施。法規(guī)所覆蓋的設(shè)備包括工業(yè)鉆探設(shè)備、空壓機組，裝載機、挖掘機、叉車、路面養(yǎng)護機械、掃雪機、機場路面機械、汽車起重機等。農(nóng)業(yè)和森林用拖拉機采用同一排放限值，但是執(zhí)行時間按2000年5月22日的2000/25/EC指令，船用、鐵路機車、飛機、發(fā)電機組不包括在第/階段內(nèi)。2002年12月9日歐洲理事會采用的2

3、002/88/EC指令，并對97/68/EC指令進行了修改，補充了對于19kW以下小型汽油機的排放限值，指令也把第階段排放法規(guī)擴大應(yīng)用到恒轉(zhuǎn)速發(fā)動機上。2002年12月27日歐盟委員會發(fā)布了對非道路車輛用發(fā)動機第/階段排放標(biāo)準(zhǔn)的建議（COM（2002）765），并且在2003年10月為歐洲理事會所修改，第階段排放標(biāo)準(zhǔn)從2006年2012年，第階段排放標(biāo)準(zhǔn)從2014年開始執(zhí)行。第/階段排放標(biāo)準(zhǔn)對第/階段所覆蓋的發(fā)動機的類型做了補充，除第階段和第階段所覆蓋的發(fā)動機外，還包括了鐵路機車，內(nèi)陸船用發(fā)動機用發(fā)動機。第/階段排放法規(guī)僅用于新的車輛和設(shè)備，已經(jīng)在用的機械仍按第階段和第階段法規(guī)，一直到發(fā)動機被

4、代替為止。 歐盟第I/II階段非道路車輛柴油機排放細則歐盟第I/II階段非道路車輛柴油機排放細則見表1表1 歐盟第I/II階段非道路車輛柴油機排放細則凈 功 率執(zhí)行時間*COHCNOxPMkW g/kWh第I階段130 - 5601999.015.0475 - 1301999.015.0037 - 751999.00.85第II階段130 - 5602002.013.51.06.00.275 - 1302003.015.01.06.00.337 - 752004.015.01.37.00.418 - 372001.015.51.

5、58.00.8* 起恒轉(zhuǎn)速發(fā)動機開始執(zhí)行第II階段排放限值 歐盟第I/II階段農(nóng)業(yè)和森林用拖拉機排放細則見表2表2 歐盟第I/II階段農(nóng)業(yè)和森林用拖拉機排放細則功率段凈功率執(zhí)行時間*COHCNOxPMkW 新機型認(rèn)證所有機型注冊g/kWh第I階段B75 - 1305.00C130 - 5605.04第II階段D18 - 30. 8 G37 - 752003.01.015.01.37.00. 4 F75 - 1302002.01.015.01.06.00. 3 E130 - 5603.51.06.00. 2第/階段的排放不得超過表

6、1中的數(shù)值，第階段的排放限值是發(fā)動機排氣口的限值，應(yīng)該在任何后處理設(shè)備之前達到。第/階段的排放檢測均采用ISO8178-4標(biāo)準(zhǔn)的C1類8工況循環(huán)，以g/kWh表示；試驗用柴油的含硫量為0.10.2%（按重量）。歐盟對第A階段非道路車輛柴油機排放法規(guī)的建議歐盟對第A階段非道路車輛用柴油機排放限值的建議見表3表3 歐盟對第A階段非道路車輛柴油機排放限值的建議 功率段凈功率CONOx+HCPM執(zhí)行時間 kWg/kWh H130 P 5603.54.00.2I75 P < 1305.04.00.3J37 P < 755.04.70.4K19 P < 375.57.

7、50.6 對H,I,K類恒轉(zhuǎn)速發(fā)動機執(zhí)行時間為, 而對J類恒轉(zhuǎn)速發(fā)動機執(zhí)行時間為 歐盟對第B階段非道路車輛柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)的建議 歐盟對第B階段非道路車輛柴油機排放限值的建議見表4表4 歐盟對第B階段非道路車輛柴油機排放限值的建議功率段凈功率COHCNOxPM執(zhí)行時間 kWg/kWh L130  P  5600.025M75 P < 1305.025N56 P < 755.025P37 P < 565.04.70.025 NOx+HC歐盟對第階段非道路車輛柴油

8、機排放限值的建議歐盟對第階段非道路車輛柴油機排放限值的建議見表5表5 歐盟對第階段非道路車輛柴油機排放限值的建議Cat.Net PowerCOHCNOxPM執(zhí)行時間 kWg/kW.h Q130  P  5600.025R56 P < 1305.025第階段微粒排放限值為0.0200.025 g/kW.h， 比第階段微粒排放降低了90%。為了滿足這一要求，預(yù)計發(fā)動機必需安裝微粒過濾器。為了滿足第階段NOx排放量0.4 g/kW.h限值，發(fā)動機需要加裝后排氣處理器。第和A階段以及恒速

9、發(fā)動機的排放試驗，采用非道路穩(wěn)態(tài)循環(huán)（NRSC）。也可第B和階段的排氣污染物的檢測也可以采用非道路穩(wěn)態(tài)循環(huán)（NRSC）。第B和階段除恒速發(fā)動機外的所有發(fā)動機微粒排放試驗采用非道路瞬態(tài)循環(huán)（NRTC），根據(jù)制造商的選擇，第A階段發(fā)動機微粒排放的測量以及第B和第階段的排氣污染物的檢測也采用非道路瞬態(tài)循環(huán)（NRTC）。用于第階段型式認(rèn)證的燃油的含硫量應(yīng)在10002000PPm之間。對于第階段微粒排放限值，要求使用含硫量為1050PPm的超低硫燃油，根據(jù)歐盟指令2003/17/EC，無硫柴油（含硫量10PPm）在歐盟將于2009年上市，也可用于非道路車輛。二. 美國非道路車輛排放法規(guī)美國在1994年采

10、納了聯(lián)邦第一個對新的37 kW以上非道路車輛用柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)（Tier 1），在19962000年分步實施。1998年，調(diào)整了Tier 1的細則，也用于37 kW以下非道路車輛用柴油機，并發(fā)布了20002008年分步采用更加嚴(yán)格的用于所有非道路車輛的排放標(biāo)準(zhǔn)Tier 2和Tier 3的時間表。 Tier 1-3排放標(biāo)準(zhǔn)是需要通過先進的發(fā)動機設(shè)計來達到的，而不用或僅限制使用排氣后處理器（氧化催化劑）。Tier 3排放標(biāo)準(zhǔn)對于NOx+HC限值的嚴(yán)格程度與2004年道路車輛發(fā)動機的排放標(biāo)準(zhǔn)相似，但是，Tier 3排放標(biāo)準(zhǔn)沒有采用2004年道路車輛發(fā)動機微粒（PM）的排放限值。美國環(huán)保局（EPA）于2

11、004年5月11日發(fā)布了Tier 4非道路車輛排放標(biāo)準(zhǔn)，在20082015年分步實施（69FR38957-39273. 29.Jun.2004），Tier 4排放標(biāo)準(zhǔn)將要求PM和NOx排放降低大約90%。這樣的排放限值只有利用先進的控制技術(shù)包括先進的排氣后處理器才能達到，這與20072010年道路車輛發(fā)動機的標(biāo)準(zhǔn)相似。在Tier 1-3階段，非道路車輛柴油機用燃油的含硫量不受環(huán)保法規(guī)的限制，使用的燃油的平均含硫量大約為0.3%（按重量）3000 PPm。為在Tier 4階段使用靈敏的硫控制技術(shù)催化微粒過濾器和NOx吸收器，EPA對降低非道路車輛用柴油機燃油中的含硫量提出如下要求：2007年6月

12、對非道路車輛，鐵路機車和船用柴油：500PPm2010年6月對非道路車輛，2012年6月對鐵路機車和船用柴油：15PPm（超低柴油） 美國EPA Tier 1-3非道路車輛用柴油機排放標(biāo)準(zhǔn)美國EPA Tier 1-3非道路車輛用柴油機排放限值見表6，1998年非道路車輛排放標(biāo)準(zhǔn)Tier 1-3由3個階段構(gòu)成，每個階段按發(fā)動機的標(biāo)定功率分段分步實施。Tier 1標(biāo)準(zhǔn)從19962000年分步實施，更嚴(yán)格的Tier 2 標(biāo)準(zhǔn)從20012006年生效，Tier 3 標(biāo)準(zhǔn)僅用于37560 kW，從20062008年分步實施。表6 美國EPA Tier 1-3非道路車輛用柴油

13、機排放限值, g/kWh (g/bhp·hr)發(fā)動機功率Tier執(zhí)行時間COHCNMHC+NOxNOxPMkW < 8(hp < 11)Tier 120008.0 (6.0)-10.5 (7.8)-1.0 (0.75)Tier 220058.0 (6.0)-7.5 (5.6)-0.8 (0.6)8 kW < 19(11 hp < 25)Tier 120006.6 (4.9)-9.5 (7.1)-0.8 (0.6)Tier 220056.6 (4.9)-7.5 (5.6)-0.8 (0.6)19 kW < 37(25

14、 hp < 50)Tier 119995.5 (4.1)-9.5 (7.1)-0.8 (0.6)Tier 220045.5 (4.1)-7.5 (5.6)-0.6 (0.45)37 kW < 75(50 hp < 100)Tier 11998-9.2 (6.9)-Tier 220045.0 (3.7)-7.5 (5.6)-0.4 (0.3)Tier 320085.0 (3.7)-4.7 (3.5)-75 kW < 130(100 hp < 175)Tier 11997-9.2 (6.9)-Tier

15、0;220035.0 (3.7)-6.6 (4.9)-0.3 (0.22)Tier 320075.0 (3.7)-4.0 (3.0)-130 kW < 225(175 hp < 300)Tier 1199611.4 (8.5)1.3 (1.0)-9.2 (6.9)0.54 (0.4)Tier 220033.5 (2.6)-6.6 (4.9)-0.2 (0.15)Tier 320063.5 (2.6)-4.0 (3.0)-225 kW < 450(300 hp < 600)Tier 1199611.4 (8.5)1.3 (

16、1.0)-9.2 (6.9)0.54 (0.4)Tier 220013.5 (2.6)-6.4 (4.8)-0.2 (0.15)Tier 320063.5 (2.6)-4.0 (3.0)-450 kW < 560(600 hp < 750)Tier 1199611.4 (8.5)1.3 (1.0)-9.2 (6.9)0.54 (0.4)Tier 220023.5 (2.6)-6.4 (4.8)-0.2 (0.15)Tier 320063.5 (2.6)-4.0 (3.0)-kW 560(hp 750)Tier 120001

17、1.4 (8.5)1.3 (1.0)-9.2 (6.9)0.54 (0.4)Tier 220063.5 (2.6)-6.4 (4.8)-0.2 (0.15) 發(fā)動機應(yīng)當(dāng)滿足Tier 2 PM的排放限值.Tier 1-3排放標(biāo)準(zhǔn)非道路發(fā)動機排放的測量采用非道路穩(wěn)態(tài)循環(huán)（NRSC），即ISO8178-4標(biāo)準(zhǔn)的C1類8工況循環(huán)。Tier 1-3階段，排放檢測用柴油的含硫量應(yīng)0.2%（2000PPm）。Tier 4非道路車輛排放標(biāo)準(zhǔn)表7的Tier 4排放限值是用于560 kW以下的發(fā)動機，在20082015年分步實施，表8的Tier 4排放限值僅用于560 kW以上的發(fā)動機。這些標(biāo)

18、準(zhǔn)主要是降低NOx（對56 kW以上的發(fā)動機）和PM（對19 kW以上的發(fā)動機），HC也有更加嚴(yán)格的限值，而CO排放限值仍然保持在Tier 2-3的水平。美國EPA Tier 4 排放限值（發(fā)動機功率560 kW）見表7，美國EPA Tier 4 排放限值（發(fā)動機560 kW）見表8表7 美國EPA Tier 4 排放標(biāo)準(zhǔn)（發(fā)動機560 kW） g/kWh (g/bhp-hr)Engine PowerYearCONMHCNMHC+NOxNOxPMkW < 8(hp < 11)20088.0 (6.0)-7.5 (5.6)-0.4a (0.3)8 kW < 19(11 hp &

19、lt; 25)20086.6 (4.9)-7.5 (5.6)-0.4 (0.3)19 kW < 37(25 hp < 50)20085.5 (4.1)-7.5 (5.6)-0.3 (0.22)20135.5 (4.1)-4.7 (3.5)-0.03 (0.022)37 kW < 56(50 hp < 75)20085.0 (3.7)-4.7 (3.5)-0.3b (0.22)20135.0 (3.7)-4.7 (3.5)-0.03 (0.022)56 kW < 130(75 hp < 175)2012-2014c5.0 (3.7)0.19 (0.14)-0.

20、40 (0.30)0.02 (0.015)130 kW 560(175  hp  750)2011-2014d3.5 (2.6)0.19 (0.14)-0.40 (0.30)0.02 (0.015)表8 Tier 4排放標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機排放標(biāo)準(zhǔn)（發(fā)動機功率560 kW） g/kWh (g/bhp-hr)YearCategoryCONMHCNOxPM2011-2014發(fā)電機組 > 900 kW3.5 (2.6)0.40 (0.30)0.67 (0.50)0.10 (0.07)除發(fā)電機組外所有發(fā)動機 > 900 kW3.5 (2.6)0.40 (0.3

21、0)3.5 (2.6)0.10 (0.07)2015發(fā)電機組3.5 (2.6)0.19 (0.14)0.67 (0.50)0.03 (0.022)除發(fā)電機組外所有發(fā)動機3.5 (2.6)0.19 (0.14)3.5 (2.6)0.04 (0.03)Tier 4排放標(biāo)準(zhǔn)同時適用于非道路穩(wěn)態(tài)循環(huán)（NRSC）和非道路瞬態(tài)循環(huán)（NRTC）。Tier 4排放標(biāo)準(zhǔn)并不要求非道路車輛關(guān)閉曲軸箱，但是所測的曲軸箱的排放污染物應(yīng)當(dāng)加在排氣污染物中。從2011年，Tier 4非道路發(fā)動機排放試驗將使用含硫量為715PPm的柴油。三. 日本非道路車輛排放法規(guī)日本的非道路車輛為分兩類，一類是19560kW的特種車輛，

22、包括農(nóng)業(yè)用拖拉機、叉車、輪式裝載機等，屬日本政府交通部（MOT）管轄；另一類是工程機械，包括履帶式挖掘機和裝載機、混凝土噴獎機、鉆探設(shè)備、消防車、攪拌車、發(fā)電機組、空壓機組、汽車起重機等，屬日本政府建設(shè)部（MOC）管轄。 日本特種車輛的排放限值用于19560kW特種車輛的第一部排放標(biāo)準(zhǔn)（見表9）是2003年10月開始生效的。2003年7月日本政府環(huán)保部建議同意第二階段特種車輛的排放限值。這些標(biāo)準(zhǔn)雖然和美國的Tier 3（2006-2008）和歐盟A階段（2005-2007標(biāo)準(zhǔn)）很相似，但與美國和歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)的細則不同，表9 日本特種車輛排放標(biāo)準(zhǔn) (MOT), g/kWh標(biāo)定功率COHCNOxP

23、M煙度執(zhí)行時間kWg/kWh% 第1階段19-375.01.58.00.840%2003.1037-755.01.37.00.475-1305.01.06.00.3130-5603.51.06.00.2第2階段(建議)19-375.01.06.00.440%200737-565.00.74.00.335%200856-755.00.74.00.2530%200875-1305.025%2007130-5600.1725%2006 以上排放標(biāo)準(zhǔn)要求在不采用排氣后處理裝置，如柴油機微粒過濾器時達到。排放檢測試驗按ISO8178-4標(biāo)準(zhǔn)的C1類8工況循環(huán)

24、，煙度測量按JCMAS T-004。日本工程機械車輛的排放標(biāo)準(zhǔn)用工程機械車輛的排放標(biāo)準(zhǔn)見表10，MOC第2階段排放標(biāo)準(zhǔn)與表9中MOT的第1階段排放標(biāo)準(zhǔn)是一致的。表10 工程機械柴油機排放標(biāo)準(zhǔn) (MOC), g/kWh標(biāo)定功率COHCNOxPM執(zhí)行時間kW（總功率）g/kWh 第1階段7.5-155.72.4012.4-1996.4.1ab1998.4.1c15-305.71.9010.5-30-2605.01.309.2-第2階段8-195.01.509.00.802003.1019-375.01.508.00.8037-755.01.307.00.4075-1305.01.06.0

25、0.30四. 測量排放試驗循環(huán)鑒于非道路車輛的產(chǎn)品種類和工作范圍的廣泛性以及測試設(shè)備的局限性，美國、歐盟、日本的排放標(biāo)準(zhǔn)都以發(fā)動機臺架試驗方法來檢測排氣污染物和可見污染物（煙度）；同時，為由于避免標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的重復(fù)認(rèn)證和國際貿(mào)易的困難，美國、歐盟、日本非道路車輛用發(fā)動機的排放標(biāo)準(zhǔn)試驗方法均采用ISO8178標(biāo)準(zhǔn)的試驗循環(huán)，只是排放限值和執(zhí)行時間不同。美國、歐盟、日本等國制訂排放標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威人士在一起正在為統(tǒng)一全世界的排放標(biāo)準(zhǔn)而努力工作，以方便發(fā)動機制造商的發(fā)動機研制開發(fā)和排放的檢測。歐盟第/階段的排放限值部分地與美國的排放標(biāo)準(zhǔn)一致，建議的第/階段的排放限值與美國的Tier3/ 4排放標(biāo)準(zhǔn)一致

26、。ISO8178標(biāo)準(zhǔn)是為各種不同的非道路車輛用發(fā)動機設(shè)計的國際標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于很多國家的發(fā)動機排放檢測和型式認(rèn)證，包括美國、歐盟、日本。ISO8178標(biāo)準(zhǔn)是一個系列標(biāo)準(zhǔn)，ISO8178-1對于小型發(fā)動機規(guī)定了試驗臺的測試方法，ISO8178-2對于不能在試驗臺測試的大型發(fā)動機規(guī)定了現(xiàn)場的測試方法，ISO8178-4定義了各種不同用途發(fā)動機的測試試驗循環(huán)，所有試驗循環(huán)都是在基礎(chǔ)試驗循環(huán)（B型）11工況的基礎(chǔ)上，對不同的工況點進行取舍，采用不同的加權(quán)而形成的。ISO8178有為各種不同用途的發(fā)動機設(shè)計的穩(wěn)態(tài)試驗循環(huán)（C1、C2、D等等）不同試驗循環(huán)有不同的試驗工況和加權(quán)系數(shù)。對于柴油機驅(qū)動的非道路

27、車輛和設(shè)備，美國、歐盟、日本排放檢測均采用ISO8178-4標(biāo)準(zhǔn)的C1類8工況循環(huán)。對于B型（11工況）試驗循環(huán)的各類循環(huán)和加權(quán)系數(shù)列于表11，用于道路車輛柴油機的A型（13工況）試驗循環(huán)也屬于該標(biāo)準(zhǔn)，但未在表11中列出。表11 ISO 8178 B-試驗循環(huán)的加權(quán)系數(shù)工況序號1234567891011扭矩, %10075502510100755025100轉(zhuǎn)速標(biāo)定轉(zhuǎn)速中間轉(zhuǎn)速（最大扭矩轉(zhuǎn)速）怠速非道路車輛C1-類5-00.10-0.15C2-類-0.06-0.020.050.320.300.100.15恒轉(zhuǎn)速發(fā)動機D1-類0.300.500.20-D2-類0.050.250.300.300.10-鐵路機車Type F0.25-0.15-0.60船用發(fā)動機Type E10.080.11-0.190.32-0.30Type E20.200.500.150.15-Type E3, Mode #1234  功率, %100755025  轉(zhuǎn)速, %100918063  加權(quán)系數(shù)50.15  Type E4, Mode #12345 功率r, %1008060400 轉(zhuǎn)速