編者按：隨著中國(guó)環(huán)境保護(hù)和大氣治理工作的不斷深入，在嚴(yán)格控制汽車(chē)尾氣污染的同時(shí)，非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備如工程機(jī)械和施工機(jī)械的尾氣排放也越來(lái)越引起人們的重視。

　　但是，由于我國(guó)在這方面起步較晚，相關(guān)的法律法規(guī)仍在制定和完善之中，很多主機(jī)廠和客戶對(duì)非公路排放的相關(guān)內(nèi)容還不太熟悉，經(jīng)常將Tier 1/2與車(chē)用的Euro I/II混淆，因此我們特編發(fā)"世界非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備排放綜述"一文，希望能夠?qū)V大客戶進(jìn)一步了解非公路排放有所幫助。

世界非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備排放綜述

　　早在1964年，美國(guó)加利福尼亞州在世界上邁出了控制車(chē)輛尾氣排放的第一步，對(duì)1966年定型生產(chǎn)的轎車(chē)尾氣排放進(jìn)行了限制。1970年美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了"凈化空氣法案"，并組建了美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）。同年，歐洲和日本也制定了相應(yīng)的排放控制標(biāo)準(zhǔn)。此后的幾十年，隨著汽車(chē)保有量的不斷增加，以及公眾對(duì)環(huán)境的要求日益提高，各國(guó)都制定了越來(lái)越嚴(yán)格的汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　但對(duì)非公路（美國(guó)稱(chēng)off-highway，歐洲稱(chēng)nonroad）用機(jī)動(dòng)設(shè)備尾氣排放引起的空氣污染問(wèn)題，并未引起足夠的重視。直到1990年，EPA才開(kāi)始著手研究和限制非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備的尾氣排放，就像給汽車(chē)尾氣排放制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)一樣。EPA已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備的柴油機(jī)尾氣排放也給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染，因此決定與柴油機(jī)制造商及公眾一起，制定一個(gè)切實(shí)可行的排放控制方案。

　　1996年，EPA和美國(guó)加州空氣資源委員會(huì)（CARB）聯(lián)合簽署了一個(gè)適用于非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備柴油機(jī)的原則意向書(shū)（SOP）。簽署該意向書(shū)的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商有：卡特彼勒、康明斯、迪爾、底特律柴油機(jī)、道依茨、五十鈴、小松、庫(kù)伯塔（Kubota）、三菱、北極星（Navistar）、紐荷蘭（New Holland）、威士康（Wis-Con）和洋馬（Yanmar）。

　　1998年8月27日，EPA簽署了最終法規(guī)以明確原來(lái)SOP所規(guī)定的非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)。它使功率在37kW（50hp）以下的非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備柴油機(jī)有了第一階段排放標(biāo)準(zhǔn)（Tier 1）。從2000-2008年，對(duì)所有非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備柴油機(jī)將分階段實(shí)施更加嚴(yán)格的第二階段（Tier 2）和第三階段（Tier 3）排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　該協(xié)議使得美國(guó)聯(lián)邦政府與加利福尼亞州的排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了統(tǒng)一，而且在某種程度上，與歐洲的非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)趨于一致。它涵蓋了非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備使用的各種型號(hào)柴油機(jī)，這些柴油機(jī)被廣泛應(yīng)用于建筑、農(nóng)業(yè)、工業(yè)設(shè)備以及部分艦船。主要機(jī)種有：農(nóng)用拖拉機(jī)、挖掘機(jī)、柴油剪草機(jī)、推土機(jī)、伐木設(shè)備、便攜式發(fā)電機(jī)組、平地機(jī)、叉車(chē)和帆船輔助推進(jìn)設(shè)備。尚不包括機(jī)車(chē)和地下采礦設(shè)備用柴油機(jī)，以及功率超過(guò)37kW（50hp）的船用柴油機(jī)。

　　非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備是各種工程機(jī)械設(shè)備、工程車(chē)輛、艦船和發(fā)電機(jī)組的總稱(chēng)。它包括戶外動(dòng)力設(shè)備、娛樂(lè)車(chē)輛、農(nóng)業(yè)機(jī)械與工程機(jī)械、園林機(jī)械、水上艦船、機(jī)車(chē)、航空（天）飛行器等。它們所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)稱(chēng)之為非公路發(fā)動(dòng)機(jī)，類(lèi)型有壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)（CI，即柴油機(jī)）和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)（SI，即汽油機(jī)），每年排放的氮氧化合物（NOx）、一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）和顆粒物（PM）等有害物質(zhì)的總量幾乎相當(dāng)于公路用車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)的年排放總量（以美國(guó)為例）。

　　由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有很高的熱效率，因而被廣泛使用。非公路柴油機(jī)是非公路發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)的主體，主要用于農(nóng)業(yè)機(jī)械（如拖拉機(jī)）、工程機(jī)械（如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)）、物料搬運(yùn)機(jī)械（如叉車(chē)）和多用途設(shè)備（如發(fā)電機(jī)組、抽水機(jī)）等。在非公路柴油機(jī)排放中，NOx和PM的排放量最為嚴(yán)重，分別約占NOx和PM排放總量的20%和36%。

　　而在柴油機(jī)的排放成分中，除99.7%（75.7%的N2、10%的CO2、8%的水蒸氣和6%的O2）對(duì)人類(lèi)無(wú)害外，其余0.3%（0.2%的NO、0.01%的NO2、0.03%的HC、0.05%的CO、0.01%的SO2和小于0.01%的PM）都是有害物質(zhì)，它是形成酸雨和破壞臭氧層的罪魁禍?zhǔn)?。隨著人類(lèi)對(duì)環(huán)境的日益重視，消除柴油機(jī)的尾氣污染也成了大家所關(guān)注的重大話題。因此，發(fā)達(dá)國(guó)家已將柴油機(jī)污染排放作為環(huán)境治理的重要內(nèi)容之一，并制定了相應(yīng)的控制排放標(biāo)準(zhǔn)。非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備排放標(biāo)準(zhǔn)控制的正是這些有害物質(zhì)。

滿足非公路排放的相應(yīng)技術(shù)

歐美非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備排放標(biāo)準(zhǔn)

　　目前世界上非公路排放標(biāo)準(zhǔn)以美國(guó)和歐盟標(biāo)準(zhǔn)最具代表性。

美國(guó)EPA標(biāo)準(zhǔn)

　　美國(guó)非公路發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)由三級(jí)漸進(jìn)式低排放標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成，每一級(jí)都有一個(gè)在數(shù)年內(nèi)逐步實(shí)施的計(jì)劃（以額定功率確定）。早在1994年，EPA就對(duì)功率大于37kW（50hp）的非公路發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放量制定了第一階段標(biāo)準(zhǔn)（即Tier 1）。該標(biāo)準(zhǔn)在1996年-2000年間執(zhí)行。此后，又相繼制定了更為嚴(yán)格的Tier 2 和Tier 3，執(zhí)行期分別為2001年-2006年和2006年-2008年，并將受限制的發(fā)動(dòng)機(jī)功率擴(kuò)展到37kW以下。Tier 3標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施是期望引導(dǎo)非公路發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制技術(shù)與公路用重型發(fā)動(dòng)機(jī)（如卡車(chē)和巴士）制造商所采用的技術(shù)相類(lèi)似，并達(dá)到2004年的公路發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　所示為EPA制定的非公路柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)。表中以公制為單位，表示每千瓦·小時(shí)排放多少克污染物（即g/kW·h，下同）。

美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保署非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備排放標(biāo)準(zhǔn)Tier 1-Tier 3（點(diǎn)擊查看詳細(xì)信息）

單位：克/千瓦小時(shí)(克/制動(dòng)馬力小時(shí))

　　該標(biāo)準(zhǔn)要求發(fā)動(dòng)機(jī)必須在整個(gè)使用壽命期內(nèi)都能滿足，且EPA要求排放法規(guī)所涵蓋的所有發(fā)動(dòng)機(jī)都要采用能夠反映排放量變化的劣化系數(shù)（DF），要求在發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢前的任何一次排放檢測(cè)中DF都必須達(dá)標(biāo)。

　　排放的檢測(cè)手段與ISO 8178 C1是一樣的，即8工況模式穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)循環(huán)法，允許為不同用途的發(fā)動(dòng)機(jī)選擇ISO 8178中的其他試驗(yàn)循環(huán)法，如恒速發(fā)動(dòng)機(jī)（D2循環(huán)），額定功率小于19kW的變速發(fā)動(dòng)機(jī)（G2循環(huán)），船舶發(fā)動(dòng)機(jī)（E3循環(huán)）。EPA考慮將在2001年修訂期間引入瞬態(tài)試驗(yàn)循環(huán)法。

　　在1998年的法規(guī)中，從測(cè)量全部的HC已經(jīng)開(kāi)始改為測(cè)量非甲烷碳?xì)浠衔铮∟MHC）。因?yàn)樵诓裼蜋C(jī)尾氣排放檢測(cè)中，EPA沒(méi)有檢測(cè)甲烷的標(biāo)準(zhǔn)方法，制造商可以使用他們自己的方法來(lái)分析非甲烷碳?xì)浠衔锘驕y(cè)量全部的碳?xì)浠衔铮⑶覐谋粶y(cè)得的碳?xì)浠衔飻?shù)據(jù)中減去2%以得到正確的甲烷值。

歐盟標(biāo)準(zhǔn)

　　1998年2月27日，第一個(gè)歐洲非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備（NRMM）排放法規(guī)以立法形式通過(guò)，即Directive 97/68/EC。針對(duì)非公路發(fā)動(dòng)機(jī)，該法規(guī)分為兩個(gè)階段：第一階段（Stage I）于1999年實(shí)施；第二階段（Stage II）于2001年-2004年執(zhí)行，法規(guī)的實(shí)施因發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)、壓縮機(jī)、輪式裝載機(jī)、推土機(jī)、非公路用卡車(chē)、挖掘機(jī)、叉車(chē)、道路養(yǎng)護(hù)設(shè)備、鏟雪機(jī)、機(jī)場(chǎng)地面支持設(shè)備、塔吊和移動(dòng)式起重機(jī)。農(nóng)業(yè)和林業(yè)拖拉機(jī)有同樣的排放標(biāo)準(zhǔn)，但執(zhí)行日期不同，可參考2000年5月22日頒布實(shí)施的Directive 2000/25/EC。法規(guī)暫不包括輪船、機(jī)車(chē)、飛行器和發(fā)電機(jī)組用發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　在2000年12月18日，歐洲委員會(huì)為Directive 97/68/EC提出了修正案，將功率小于19kW的非公路用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)納入其中。以COM（2000）840文檔出版的該提案，使歐洲與美國(guó)現(xiàn)行的小型發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)在更大范圍內(nèi)取得一致。

　　歐洲法規(guī)必須轉(zhuǎn)換為所有成員國(guó)的法律，上述兩個(gè)法規(guī)都允許有一個(gè)兩年的過(guò)渡期，由于每個(gè)成員國(guó)確定的起始時(shí)間不同，所以每個(gè)國(guó)家會(huì)有不同的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間框架。

　　第一階段（Stage I）和第二階段（Stage II）排放量不得超過(guò)所列各項(xiàng)數(shù)值第一階段排放量是指發(fā)動(dòng)機(jī)排放限制值，且在未安裝尾氣后處理裝置之前達(dá)到。排放檢測(cè)依據(jù)ISO 8178C1標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的8工況模式試驗(yàn)循環(huán)法，用克/千瓦小時(shí)單位表示。

歐洲非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備第一和第二階段排放標(biāo)準(zhǔn)Stage I/II

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歐洲非公路用機(jī)動(dòng)設(shè)備第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)Stage III A

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