一拖技術(shù)中心

張庚乾
二 O O 六 年 十 一 月 九 日

主  要  內(nèi)  容
·國外非道路柴油機(jī)排放法規(guī)
·國內(nèi)非道路柴油機(jī)排放法規(guī)
·歐洲車用柴油機(jī)排放法規(guī) 柴油機(jī)排放控制手段
·柴油機(jī)排放控制關(guān)鍵技術(shù)
·柴油機(jī)排放一致性的質(zhì)量控制
·技術(shù)中心排放測試設(shè)備

一、國外非道路柴油機(jī)排放法規(guī)
　　歐盟、美國、日本的非道路移動機(jī)械用壓燃式發(fā)動機(jī)排放控制先后起步于20世紀(jì)90年代中期，現(xiàn)在基本處于各自的“第三”階段.
　　本文重點(diǎn)介紹歐盟標(biāo)準(zhǔn)。

1、ISO 標(biāo)準(zhǔn)
　　ISO8178是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提供的非道路用內(nèi)燃機(jī)排放測試方法，并為世界各國接受。為避免造成重復(fù)認(rèn)證和國際貿(mào)易困難的情況，做到測試數(shù)據(jù)的可比性，歐洲、美國和日本的非道路用發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)均采用ISO8178國際標(biāo)準(zhǔn)定義的測試方法，另外，ISO8178標(biāo)準(zhǔn)為一系列標(biāo)準(zhǔn)，它不僅定義了臺架測試方法（ISO8178-1），還定義了現(xiàn)場的測試方法（ISO8178-2）。ISO8178標(biāo)準(zhǔn)為非道路用內(nèi)燃機(jī)排放測試方法，沒有限值的規(guī)定。

2、  歐盟標(biāo)準(zhǔn)
　　歐盟控制非道路移動機(jī)械用壓燃式發(fā)動機(jī)的排放指令是 97/68/EC（1998年3月19日開始實施）。從1998年6月30日開始，對37 kW≤P＜560kW 的非道路移動機(jī)械用壓燃式發(fā)動機(jī)分功率段實施第I階段的排放限值；從1999年12月31日開始，對18 kW≤P＜560kW 的非道路移動機(jī)械用壓燃式發(fā)動機(jī)分階段、分功率段實施第II階段的排放限值。對于變速發(fā)動機(jī)，采用ISO8178-4規(guī)定的C1測試循環(huán)（八工況循環(huán)）進(jìn)行測試；對于恒速發(fā)動機(jī)，采用ISO8178-4規(guī)定的D2循環(huán)（五工況循環(huán)）進(jìn)行測試。 






各階段特點(diǎn)
·2006年12月31日后,所有機(jī)型執(zhí)行Ⅲ A階段限值.增加了使用壽命的最低值要求.
·Ⅲ A階段主要是降低NOX排放指標(biāo),平均下降近50%.
·Ⅲ B階段主要是降低顆粒物排放量.同時NOX指標(biāo)又有所下降.
·Ⅳ階段主要是大幅度降低NOX排放指標(biāo).


其它規(guī)定
　　1.使用壽命期內(nèi)要求排放指標(biāo)滿足限值要求。
　　2.燃油含硫量規(guī)定：第Ⅰ、Ⅱ、ⅢA階段, 1000ppm≤S≤2000ppm. ⅢB階段10-50ppm。
　　3.系族概念：可以用一種型號的源機(jī)來代表一組具有相似結(jié)構(gòu)原理和使用相似結(jié)構(gòu)部件的發(fā)動機(jī)來進(jìn)行型式認(rèn)證。
　　4.生產(chǎn)一致性的考核：主管部門可在生產(chǎn)中的任何時候?qū)ζ淇刂粕a(chǎn)一致性的措施進(jìn)行抽查，必要時可抽取一臺發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢測。
　　5.銷售：實施新的限值標(biāo)準(zhǔn)后,各成員國可以允許庫存的在此日期之前生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)或機(jī)械繼續(xù)銷售,但需經(jīng)生產(chǎn)商向原批準(zhǔn)型式認(rèn)證的成員國和庫存所在地成員國的主管部門提出申請并說明經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的理由.延長期由各成員國自定的法規(guī)實行，不得超過2年。數(shù)量不超過上一年度在該國投放量的10%。

試驗條件
　　1.排放測試設(shè)備滿足相應(yīng)法規(guī)要求.
　　2.大氣條件. 0.96≤Fa≤1.06.
　　3.燃油品質(zhì).
　　4.潤滑油品質(zhì).
　　5.進(jìn)氣阻力
　　6.排氣背壓
　　7.燃油溫度、潤滑油溫度、冷卻水溫度
　　8.其它測試儀器儀表符合要求

指令的修訂情況
　　2002年12月9日，歐盟在最新修正指令2002/88/EC中，增加了對小于19kW的點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)的排放控制。
　　2004年4月21日，歐盟在最新修正指令2004/26/EC中，主要有以下幾方面的改動：
　　a、增加了對“內(nèi)河船機(jī)”、“鐵路機(jī)車”和“輪軌”的排放控制。
　　b、制訂了Ⅲ A、 Ⅲ B和IV階段的排放限值，對“內(nèi)河船機(jī)”、“鐵路機(jī)車”、“輪軌”和“恒速發(fā)動機(jī)”分別進(jìn)行控制。
　　c、對Ⅲ B階段和IV階段顆粒物取樣實行NRTC瞬態(tài)測試循環(huán)。
　　d、對Ⅲ A和Ⅲ B、IV階段所用燃油提出不同的要求。

3、美國EPA對不同用途的發(fā)動機(jī)的排放采用的標(biāo)準(zhǔn)





EPA 測試循環(huán)
　　a、對于變速發(fā)動機(jī)，采用ISO8178-4規(guī)定的C1循環(huán)（8工況測試循環(huán)）；
　　b、對于小于19kW的變速發(fā)動機(jī)，采用ISO8178-4規(guī)定的G1循環(huán)（6工況測試循環(huán)）；
　　c、對于內(nèi)河船機(jī)，采用ISO8178-4規(guī)定的E1循環(huán)（4工況測試循環(huán)）；
　　d、對于恒速發(fā)動機(jī)，采用ISO8178-4規(guī)定的E循環(huán)（5工況測試循環(huán)）。

二、國內(nèi)柴油機(jī)排放法規(guī)情況

　　我國于1999年頒布GB17691-1999，開始對車用壓燃式發(fā)動機(jī)的排放實施控制，于2001、2005年進(jìn)行了兩次修訂，等效采用歐盟法規(guī)。2007年1月1日起執(zhí)行中國Ⅲ階段標(biāo)準(zhǔn)。
　　我國于2005年頒布GB19756-2005，開始對三輪汽和低速貨車用柴油機(jī)的排放實施控制，等效采用歐盟法規(guī)。2007年1月1日起執(zhí)行中國Ⅱ階段標(biāo)準(zhǔn)
　　我國于1999年頒布JB8891-1999，開始對非道路移動機(jī)械用壓燃式發(fā)動機(jī)的排放實施控制。

GB/T8190標(biāo)準(zhǔn)和JB8891標(biāo)準(zhǔn)
　　GB/T8190.1-1999和GB/T8190.4-1999標(biāo)準(zhǔn)等同采用了ISO8178.1-1996和ISO8178.4-1996標(biāo)準(zhǔn)，但I(xiàn)SO8178的其它標(biāo)準(zhǔn)未等同發(fā)布，造成GB/T8190標(biāo)準(zhǔn)不完整。另外JB8891為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不具有強(qiáng)制性，對國內(nèi)的非道路用柴油機(jī)的排放沒有起到控制作用。
　　歐洲、美國和日本的非道路用發(fā)動機(jī)的排放限值分別依功率來劃分檔次，不同功率檔次的發(fā)動機(jī)的排放限值、實施日期不同。大功率的發(fā)動機(jī)的排放限值較嚴(yán)，而小功率的發(fā)動機(jī)的排放限值較松，這與發(fā)動機(jī)的實際排放狀況和技術(shù)水平一致，比較科學(xué)合理。而JB8891是參照歐盟早期的車用柴油機(jī)排放控制標(biāo)準(zhǔn)制訂的，沒有對功率檔次進(jìn)行必要的劃分，限值都一樣，不很科學(xué)。



北京地方標(biāo)準(zhǔn) DB11/184-2003
2003年1月北京環(huán)保局發(fā)布了DB 11/184-2003“非道路用柴油機(jī)排氣污染物的限值和測量方法”。標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍包括“工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械（包括林業(yè)機(jī)械、漁業(yè)機(jī)械、場院機(jī)械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械）”，所用柴油發(fā)動機(jī)為變速發(fā)動機(jī)。排氣污染物的排放限值等同采用97/68/EC指令第I、Ⅱ階段的限值，把“130≤P≤560”擴(kuò)展為“P≥130” ，采用不同于C1循環(huán)的8工況測試循環(huán)。

三.歐洲車用柴油機(jī)排放法規(guī)

歐盟控制車用柴油機(jī)排放的指令是88/77/EEC.





四、柴油機(jī)排放控制手段

道路用柴油機(jī)歐Ⅰ排放技術(shù)路線
　　1、80～90MPa燃油噴射壓力，機(jī)械調(diào)速器
　　2、可以采用2氣門缸蓋結(jié)構(gòu)
　　3、優(yōu)化的燃燒系統(tǒng)參數(shù)（包括燃燒室、進(jìn)氣渦流、油束分布）
　　4、控制機(jī)油消耗
　　*5、采用渦輪增壓技術(shù)（帶旁通閥）
　　*6、采用中冷技術(shù)

道路用柴油機(jī)歐Ⅱ排放技術(shù)路線
　　1、120MPa燃油噴射壓力，機(jī)械或電子控制
　　2、可以采用2氣門缸蓋結(jié)構(gòu)
　　3、優(yōu)化的燃燒系統(tǒng)參數(shù)（包括燃燒室、進(jìn)氣渦流、油束分布）
　　4、控制機(jī)油消耗（機(jī)油燃燒剩余物占顆?？偭?10%）
　　5、采用渦輪增壓技術(shù)（帶旁通閥）
　　6、采用中冷技術(shù)

道路用柴油機(jī)歐Ⅳ排放技術(shù)路線
　　1、采用歐Ⅲ排放技術(shù)路線
　　2、180～200MPa燃油噴射壓力
　　3、冷卻EGR
　　4、排氣后處理（Nox催化裝置、顆粒捕捉器）
　　5、燃油品質(zhì)控制
　　6、控制曲軸箱排放

五、柴油機(jī)排放控制關(guān)鍵技術(shù)

1） 四 氣 門 技 術(shù)
　　四氣門技術(shù)具有以下基本特點(diǎn)：
　　增加流通面積，減少換氣損失。氣流運(yùn)動阻力隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而增加。與兩氣門相比，采用四氣門進(jìn)氣系統(tǒng)，可使氣門流通面積增加50﹪左右，這樣可使換氣功或泵氣損失減少，充氣效率提高，可以更有效地組織油氣混合和燃燒。
　　中心垂直布置的噴油嘴有利于改善混合氣的形成和燃燒。四氣門柴油機(jī)的燃燒室與氣缸同心，噴油嘴可以垂直布置，燃燒室內(nèi)的氣流流動明顯比偏置燃燒室均勻。
　　易于實現(xiàn)隨轉(zhuǎn)速和負(fù)荷而改變的進(jìn)氣渦流?？梢酝ㄟ^對氣道的節(jié)流或關(guān)閉調(diào)整發(fā)動機(jī)所需的渦流強(qiáng)度。
　　具有良好的扭矩和排放特性。由于噴油嘴和燃燒室中心布置、氣門流通面積增加，使得四氣門直噴式柴油機(jī)具有優(yōu)越的扭矩特性和排放特性。即使使用相同的燃油噴射系統(tǒng)，在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)測試中，四氣門柴油機(jī)可比兩氣門柴油機(jī)的提高功率２０％以上，排放低20﹪～30﹪，油耗低4﹪。

２）燃油噴射系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
　　1、提高泵端壓力后燃油系統(tǒng)的可靠性，比如油路管件
　　2、無壓力室或超小壓力室噴油器
   ——減少柴油的后滴，降低HC的排放
　　3、雙彈簧噴油器
   ——降低怠速噪音效果顯著
　　4、供油提前器
   ——改變供油提前角，降低Nox的排放
   ——頂隙柱塞的使用，可在一定范圍內(nèi)改變供油提前角，取代供油提前器
　　5、精確噴油技術(shù)
   使用液體擠壓研磨的流量控制技術(shù)
　　6、燃油過濾技術(shù)
　　7、油泵傳動系統(tǒng)的震動和強(qiáng)度問題的解決

３）缸套珩磨網(wǎng)紋制造技術(shù)
　　1、缸套網(wǎng)紋特征: (歐Ⅱ)  DIN4776
                      輕型車    重型車    進(jìn)口珩磨機(jī)
　　核心粗糙度深度Rk  0.65-1.6   0.65-1.7    0.3-1.0
　　簡約峰高Rpk         <0.3       <0.5       <0.3
　　簡約谷深Rvk         1-3         2-4       0.7-2
　　輪廓支撐長度率Mr1  < 12%       < 12%      4-10%
　　輪廓支撐長度率Mr2  70-90%     70-80%     70-80%
　　—單位面積含油率和承載能力
　　2、鋼制鍍鉻氣缸套技術(shù)
　　減少摩擦功損失3-5%，相對地降低排放值，增加柴油
機(jī)使用壽命30%左右。

４）燃燒系統(tǒng)技術(shù)
　?。?、燃燒室形狀
　　深坑型縮口——淺坑形縮口——淺坑形淺縮口
　?。?、氣道渦流
　　強(qiáng)渦流—中等強(qiáng)度渦流——微渦流——大流量無渦流
　　３、活塞環(huán)
　　形狀、位置：提高比壓、提高一環(huán)位置、增大二環(huán)間隙、優(yōu)化活塞環(huán)形狀、表面滲陶
　　４、活塞
　　冷卻：提高冷卻水套位置——噴油冷卻——內(nèi)冷油腔
　　活塞材料：提高材料高溫性能和穩(wěn)定性

六、柴油機(jī)排放一致性的質(zhì)量控制

1.  燃燒室
　　影響因素：燃燒室的形狀、位置、容積、壓縮比。
　　對于直噴柴油機(jī)燃燒室，其結(jié)構(gòu)形狀、位置影響進(jìn)氣渦流的分布和強(qiáng)度，從而影響油氣混合氣的形成過程。油、氣的充分均勻混合是追求的目標(biāo)。對于已經(jīng)優(yōu)化好了燃燒室形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)的發(fā)動機(jī)，其燃燒室的位置、燃燒室容積誤差是影響柴油機(jī)氣體排放的主要因素，在目前內(nèi)燃機(jī)零部件行業(yè)機(jī)械加工工藝水平下，這些參數(shù)是不難保證的。因此，燃燒室一旦優(yōu)化好之后，對排放一致性的影響很小。

2、進(jìn)氣系統(tǒng)
　　進(jìn)氣系統(tǒng)的主要評價指標(biāo)是流量系數(shù)和渦流比,保證混合氣混合充分。鑄造工藝所保證的進(jìn)氣道的形狀、位置和內(nèi)壁質(zhì)量，將影響進(jìn)氣阻力和渦流比，從而影響排放性能。同時要控制進(jìn)氣管的形狀、位置精度和內(nèi)壁質(zhì)量。有條件的應(yīng)將進(jìn)氣管和進(jìn)氣道進(jìn)行性能匹配。

3、 缸套、活塞環(huán)
　　缸套的剛度、網(wǎng)紋的形狀、角度、深淺均影響其單位面積含油率和承載能力。含油率過大,會導(dǎo)致機(jī)油耗的增大,因而影響排放物中的顆粒物的含量；含油率過低，對潤滑不利。
　　活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)對排放中顆粒物控制極為重要。
　　從發(fā)動機(jī)的12小時機(jī)油消耗率基本上可以初略判斷出磨檫副的工作情況。一般情況下，要達(dá)到道路車輛歐Ⅱ排放要求時，機(jī)油消耗率應(yīng)在0.4g/kW.h以下；要達(dá)到道路車輛歐Ⅲ排放要求時，機(jī)油消耗率應(yīng)在0.2g/kW.h。

4、燃油噴射系統(tǒng)
　　影響因素：高壓油泵供油能力和供油速率，高壓油管的長度和內(nèi)徑，噴油器開啟壓力、流量（油孔直徑）、油孔數(shù)目、噴霧錐角、油嘴凸出量、安裝角、壓力室容積 ，供油提前角。
　　對于已經(jīng)定型的柴油機(jī)，油嘴凸出量和供油提前角是一致性質(zhì)量監(jiān)控的重點(diǎn)。       

5、油品質(zhì)量
　　主要包括機(jī)油、燃油。
　　柴油的品質(zhì)影響發(fā)動機(jī)的性能和排放, 對性能和排放的影響最大的參數(shù)是十六烷值、硫含量、灰分、芳烴含量。其中十六烷值影響發(fā)動機(jī)的性能和NOx、灰分，S含量影響顆粒排放。
　　潤滑油中硫含量和磷含量過大，不僅影響顆粒排放，更主要影響是使排氣后處理裝置中毒、失去活性。

6、機(jī)加工精度
　　機(jī)加工精度的高低影響發(fā)動機(jī)的性能, 只有保證機(jī)加工精度，才能保證產(chǎn)品的一致性。
　　例如：機(jī)體的主要加工精度（歐Ⅱ）：
　　缸套孔同軸度：                     0.015
　　缸套之間孔、曲軸和凸輪軸孔平行度： 100：0.008
　　缸套孔和曲軸、凸輪軸孔垂直度：     0.015
　　缸套孔圓度：                       0.015
　　缸套止口深度：                  ± 0.025

7、一致性計劃書（一）
　　1、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)）
　　2、質(zhì)量控制文件
關(guān)鍵部件  相關(guān)技術(shù)文件（發(fā)動機(jī)、電控單元、噴油泵、噴油嘴、增壓器、中冷器、催化轉(zhuǎn)化器）
　　3、外購件采購過程質(zhì)量控制（供應(yīng)商的選擇、日常監(jiān)督、采購產(chǎn)品的檢驗和驗證）
　　4、自制件生產(chǎn)過程質(zhì)量控制文件
　　5、裝配過程質(zhì)量控制（裝配要求、控制方法、在線檢驗、定期抽檢頻次、不合格品控制、人員管理）
　　6、檢測設(shè)備管理（設(shè)備臺帳、設(shè)備管理制度）
　　7、一致性自檢規(guī)程（例行檢驗、定期檢驗）
　　8、糾正措施

八、認(rèn)證程序
　　1. EPA認(rèn)證
　　2. EC認(rèn)證
　　3. 國內(nèi)認(rèn)證

七、技術(shù)中心　排  放  測  試  設(shè)  備  情  況



排放設(shè)備適用標(biāo)準(zhǔn)

　　歐洲法規(guī)體系中的97/68/EC所采用的測量設(shè)備與GB17691-2001《車用壓燃式發(fā)動機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法》、GB/T8190-1999 《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)  排放測量》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測量設(shè)備完全一致，檢測程序和計算也與其基本一致。洛陽拖拉機(jī)研究所擁有的全套排放設(shè)備能夠按照以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，并擁有發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的監(jiān)督檢測權(quán)，擁有熟悉標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)測試技術(shù)人員。