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

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

1、ISO 標準
　　ISO8178是由國際標準化組織提供的非道路用內(nèi)燃機排放測試方法，并為世界各國接受。為避免造成重復認證和國際貿(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)動機排放標準均采用ISO8178國際標準定義的測試方法，另外，ISO8178標準為一系列標準，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標準為非道路用內(nèi)燃機排放測試方法，沒有限值的規(guī)定。

2、  歐盟標準
　　歐盟控制非道路移動機械用壓燃式發(fā)動機的排放指令是 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 的非道路移動機械用壓燃式發(fā)動機分功率段實施第I階段的排放限值；從1999年12月31日開始，對18 kW≤P＜560kW 的非道路移動機械用壓燃式發(fā)動機分階段、分功率段實施第II階段的排放限值。對于變速發(fā)動機，采用ISO8178-4規(guī)定的C1測試循環(huán)（八工況循環(huán)）進行測試；對于恒速發(fā)動機，采用ISO8178-4規(guī)定的D2循環(huán)（五工況循環(huán)）進行測試。 






各階段特點
·2006年12月31日后,所有機型執(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,平均下降近50%.
·Ⅲ B階段主要是降低顆粒物排放量.同時NOX指標又有所下降.
·Ⅳ階段主要是大幅度降低NOX排放指標.


其它規(guī)定
　　1.使用壽命期內(nèi)要求排放指標滿足限值要求。
　　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)動機來進行型式認證。
　　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)一致性的措施進行抽查，必要時可抽取一臺發(fā)動機進行檢測。
　　5.銷售：實施新的限值標準后,各成員國可以允許庫存的在此日期之前生產(chǎn)的發(fā)動機或機械繼續(xù)銷售,但需經(jīng)生產(chǎn)商向原批準型式認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的點燃式發(fā)動機的排放控制。
　　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”、“鐵路機車”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”、“鐵路機車”、“輪軌”和“恒速發(fā)動機”分別進行控制。
　　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)動機的排放采用的標準





EPA 測試循環(huán)
　　a、對于變速發(fā)動機，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，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，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，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)動機的排放實施控制，于2001、2005年進行了兩次修訂，等效采用歐盟法規(guī)。2007年1月1日起執(zhí)行中國Ⅲ階段標準。
　　我國于2005年頒布GB19756-2005，開始對三輪汽和低速貨車用柴油機的排放實施控制，等效采用歐盟法規(guī)。2007年1月1日起執(zhí)行中國Ⅱ階段標準
　　我國于1999年頒布JB8891-1999，開始對非道路移動機械用壓燃式發(fā)動機的排放實施控制。

GB/T8190標準和JB8891標準
　　GB/T8190.1-1999和GB/T8190.4-1999標準等同采用了ISO8178.1-1996和ISO8178.4-1996標準，但ISO8178的其它標準未等同發(fā)布，造成GB/T8190標準不完整。另外JB8891為行業(yè)標準，不具有強制性，對國內(nèi)的非道路用柴油機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)動機的排放限值、實施日期不同。大功率的發(fā)動機的排放限值較嚴，而小功率的發(fā)動機的排放限值較松，這與發(fā)動機的實際排放狀況和技術(shù)水平一致，比較科學合理。而JB8891是參照歐盟早期的車用柴油機排放控制標準制訂的，沒有對功率檔次進行必要的劃分，限值都一樣，不很科學。



北京地方標準 DB11/184-2003
2003年1月北京環(huán)保局發(fā)布了DB 11/184-2003“非道路用柴油機排氣污染物的限值和測量方法”。標準的適用范圍包括“工程機械、農(nóng)業(yè)機械（包括林業(yè)機械、漁業(yè)機械、場院機械、農(nóng)副產(chǎn)品加工機械）”，所用柴油發(fā)動機為變速發(fā)動機。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.歐洲車用柴油機排放法規(guī)

歐盟控制車用柴油機排放的指令是88/77/EEC.





四、柴油機排放控制手段

道路用柴油機歐Ⅰ排放技術(shù)路線
　　1、80～90MPa燃油噴射壓力，機械調(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、進氣渦流、油束分布）
　　4、控制機油消耗
　　*5、采用渦輪增壓技術(shù)（帶旁通閥）
　　*6、采用中冷技術(shù)

道路用柴油機歐Ⅱ排放技術(shù)路線
　　1、120MPa燃油噴射壓力，機械或電子控制
　　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、進氣渦流、油束分布）
　　4、控制機油消耗（機油燃燒剩余物占顆?？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：
　　增加流通面積，減少換氣損失。氣流運動阻力隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高而增加。與兩氣門相比，采用四氣門進氣系統(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)速和負荷而改變的進氣渦流?？梢酝ㄟ^對氣道的節(jié)流或關(guān)閉調(diào)整發(fā)動機所需的渦流強度。
　　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)，在標準循環(huán)測試中，四氣門柴油機可比兩氣門柴油機的提高功率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    進口珩磨機
　　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
機使用壽命30%左右。

４）燃燒系統(tǒng)技術(shù)
　　１、燃燒室形狀
　　深坑型縮口——淺坑形縮口——淺坑形淺縮口
　?。病獾罍u流
　　強渦流—中等強度渦流——微渦流——大流量無渦流
　?。场⒒钊h(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。
　　對于直噴柴油機燃燒室，其結(jié)構(gòu)形狀、位置影響進氣渦流的分布和強度，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。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，其燃燒室的位置、燃燒室容積誤差是影響柴油機氣體排放的主要因素，在目前內(nèi)燃機零部件行業(yè)機械加工工藝水平下，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、進氣系統(tǒng)
　　進氣系統(tǒng)的主要評價指標是流量系數(shù)和渦流比,保證混合氣混合充分。鑄造工藝所保證的進氣道的形狀、位置和內(nèi)壁質(zhì)量，將影響進氣阻力和渦流比，從而影響排放性能。同時要控制進氣管的形狀、位置精度和內(nèi)壁質(zhì)量。有條件的應(yīng)將進氣管和進氣道進行性能匹配。

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,會導致機油耗的增大,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)動機的12小時機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，要達到道路車輛歐Ⅱ排放要求時，機油消耗率應(yīng)在0.4g/kW.h以下；要達到道路車輛歐Ⅲ排放要求時，機油消耗率應(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，油嘴凸出量和供油提前角是一致性質(zhì)量監(jiān)控的重點。       

5、油品質(zhì)量
　　主要包括機油、燃油。
　　柴油的品質(zhì)影響發(fā)動機的性能和排放, 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、機加工精度
　　機加工精度的高低影響發(fā)動機的性能, 只有保證機加工精度，才能保證產(chǎn)品的一致性。
　　例如：機體的主要加工精度（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)行標準(企業(yè)標準、國家標準）
　　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、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、認證程序
　　1. EPA認證
　　2. EC認證
　　3. 國內(nèi)認證

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



排放設(shè)備適用標準

　　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)動機排氣污染物排放限值及測量方法》、GB/T8190-1999 《往復式內(nèi)燃機  排放測量》標準中規(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。洛陽拖拉機研究所擁有的全套排放設(shè)備能夠按照以上標準進行檢測，并擁有發(fā)動機產(chǎn)品的監(jiān)督檢測權(quán)，擁有熟悉標準的發(fā)動機測試技術(shù)人員。