国外现行和未来的非道路车辆用柴油机的排放法规 应用开发部 程 克 英非道路车辆也称非道路行走式机械,随着我国经济的快速发展,非道路行走式机械的生产量和保有量迅速增长,出口量也与日俱增环境和出口的要求,实施对非道路行走式机械排放的限制迫在眉睫,国家环境保护局已经委托XX汽车检测中心负责,XX汽车检测中心协助制订我国《非道路行走式机械排气污染物的排放限值和测量方法》,等效采用欧盟非道路车辆排放法规也是大势所趋因此,笔者根据最近从国家拖拉机质量监督检验中心发动机排放试验室,AVL、RICARDO等单位收集的欧洲、美国和日本非道路车辆排放法规有关资料整理编写了这篇文章,并附上欧洲车用柴油机第Ⅲ/Ⅳ阶段的排放法规供参考使用一.欧洲非道路车辆排放法规第一部欧洲非道路车辆排放法规发布于1998年2月27日〔97/68/EC指令,该法规的细则对非道路车辆用柴油机按输出功率范围规定了第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段的排放限值和实施时间第Ⅰ阶段在1999年开始实施,第Ⅱ阶段从2001到20XX按实施输出功率范围分步实施法规所覆盖的设备包括工业钻探设备、空压机组,装载机、挖掘机、叉车、路面养护机械、扫雪机、机场路面机械、汽车起重机等。
农业和森林用拖拉机采用同一排放限值,但是执行时间按2000年5月22日的2000/25/EC指令,船用、铁路机车、飞机、发电机组不包括在第Ⅰ/Ⅱ阶段内2002年12月9日欧洲理事会采用的2002/88/EC指令,并对97/68/EC指令进行了修改,补充了对于19kW以下小型汽油机的排放限值,指令也把第Ⅱ阶段排放法规扩大应用到恒转速发动机上2002年12月27日欧盟委员会发布了对非道路车辆用发动机第Ⅲ/Ⅳ阶段排放标准的建议〔COM〔2002765,并且在20XX10月为欧洲理事会所修改,第Ⅲ阶段排放标准从20XX—20XX,第Ⅳ阶段排放标准从20XX开始执行第Ⅲ/Ⅳ阶段排放标准对第Ⅰ/Ⅱ阶段所覆盖的发动机的类型做了补充,除第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段所覆盖的发动机外,还包括了铁路机车,内陆船用发动机用发动机第Ⅲ/Ⅳ阶段排放法规仅用于新的车辆和设备,已经在用的机械仍按第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段法规,一直到发动机被代替为止● 欧盟第I/II阶段非道路车辆柴油机排放细则欧盟第I/II阶段非道路车辆柴油机排放细则见表1表1 欧盟第I/II阶段非道路车辆柴油机排放细则kW g/kWh第I阶段130 - 5601999.015.01.39.20.5475 - 1301999.015.01.39.20.7037 - 751999.046.51.39.20.85第II阶段130 - 5602002.013.51.06.00.275 - 1302003.015.01.06.00.337 - 752004.015.01.37.00.418 - 372001.015.51.58.00.8* 起恒转速发动机开始执行第II阶段排放限值欧盟第I/II阶段农业和森林用拖拉机排放细则见表2表2 欧盟第I/II阶段农业和森林用拖拉机排放细则kW 新机型认证所有机型注册g/kWh第I阶段B75 - 1305.01.39.20.70C130 - 5602001.07.015.01.39.20.54第II阶段D18 - 375.51.58.00. 8 G37 - 752003.01.015.01.37.00. 4 F75 - 1302002.01.015.01.06.00. 3 E130 - 5603.51.06.00. 2第Ⅰ/Ⅱ阶段的排放不得超过表1中的数值,第Ⅰ阶段的排放限值是发动机排气口的限值,应该在任何后处理设备之前达到。
第Ⅰ/Ⅱ阶段的排放检测均采用ISO8178-4标准的C1类8工况循环,以g/kWh表示；试验用柴油的含硫量为0.1—0.2%〔按重量● 欧盟对第ⅢA阶段非道路车辆柴油机排放法规的建议欧盟对第ⅢA阶段非道路车辆用柴油机排放限值的建议见表3表3 欧盟对第ⅢA阶段非道路车辆柴油机排放限值的建议 kWg/kWh H130 ≤ P ≤ 5603.54.00.2I75 ≤ P < 1305.04.00.3J37 ≤ P < 755.04.70.4K19 ≤ P < 375.57.50.6† 对H,I,K类恒转速发动机执行时间为, 而对J类恒转速发动机执行时间为● 欧盟对第ⅢB阶段非道路车辆柴油机排放标准的建议 欧盟对第ⅢB阶段非道路车辆柴油机排放限值的建议见表4表4 欧盟对第ⅢB阶段非道路车辆柴油机排放限值的建议 kWg/kWh L130 ≤ P ≤ 5603.50.192.00.025M75 ≤ P < 1305.00.193.30.025N56 ≤ P < 755.00.193.30.025P37 ≤ P < 565.04.7†0.025† NOx+HC●欧盟对第Ⅳ阶段非道路车辆柴油机排放限值的建议欧盟对第Ⅳ阶段非道路车辆柴油机排放限值的建议见表5表5 欧盟对第Ⅳ阶段非道路车辆柴油机排放限值的建议 kWg/kW.h Q130 ≤ P ≤ 5603.50.190.40.025R56 ≤ P < 1305.00.190.40.025第Ⅳ阶段微粒排放限值为0.020—0.025 g/kW.h, 比第Ⅱ阶段微粒排放降低了90%。
为了满足这一要求,预计发动机必需安装微粒过滤器为了满足第Ⅳ阶段NOx排放量0.4 g/kW.h限值,发动机需要加装后排气处理器第ⅠⅡ和ⅢA阶段以及恒速发动机的排放试验,采用非道路稳态循环〔NRSC也可第ⅢB和Ⅳ阶段的排气污染物的检测也可以采用非道路稳态循环〔NRSC第ⅢB和Ⅳ阶段除恒速发动机外的所有发动机微粒排放试验采用非道路瞬态循环〔NRTC,根据制造商的选择,第ⅢA阶段发动机微粒排放的测量以及第ⅢB和第Ⅳ阶段的排气污染物的检测也采用非道路瞬态循环〔NRTC用于第Ⅲ阶段型式认证的燃油的含硫量应在1000—2000PPm之间对于第Ⅳ阶段微粒排放限值,要求使用含硫量为10—50PPm的超低硫燃油,根据欧盟指令2003/17/EC,无硫柴油〔含硫量10PPm在欧盟将于20XX上市,也可用于非道路车辆二. 美国非道路车辆排放法规美国在1994年采纳了联邦第一个对新的37kW以上非道路车辆用柴油机排放标准〔Tier 1,在1996—20XX分步实施1998年,调整了Tier 1的细则,也用于37kW以下非道路车辆用柴油机,并发布了2000—20XX分步采用更加严格的用于所有非道路车辆的排放标准Tier 2和Tier 3的时间表。
Tier 1-3排放标准是需要通过先进的发动机设计来达到的,而不用或仅限制使用排气后处理器〔氧化催化剂Tier 3排放标准对于NOx+HC限值的严格程度与20XX道路车辆发动机的排放标准相似,但是,Tier 3排放标准没有采用20XX道路车辆发动机微粒〔PM的排放限值美国环保局〔EPA于2004年5月11日发布了Tier 4非道路车辆排放标准,在2008—2015年分步实施〔69FR38957-39273. 29.Jun..2004,Tier 4排放标准将要求PM和NOx排放降低大约90%这样的排放限值只有利用先进的控制技术——包括先进的排气后处理器才能达到,这与2007—20XX道路车辆发动机的标准相似在Tier 1-3阶段,非道路车辆柴油机用燃油的含硫量不受环保法规的限制,使用的燃油的平均含硫量大约为0.3%〔按重量—3000PPm为在Tier 4阶段使用灵敏的硫控制技术——催化微粒过滤器和NOx吸收器,EPA对降低非道路车辆用柴油机燃油中的含硫量提出如下要求：20XX6月对非道路车辆,铁路机车和船用柴油：≤500PPm20XX6月对非道路车辆,20XX6月对铁路机车和船用柴油：≤15PPm〔超低柴油● 美国EPA Tier 1-3非道路车辆用柴油机排放标准美国EPA Tier 1-3非道路车辆用柴油机排放限值见表6,1998年非道路车辆排放标准Tier 1-3由3个阶段构成,每个阶段按发动机的标定功率分段分步实施。
Tier 1标准从1996—20XX分步实施,更严格的Tier 2 标准从2001—20XX生效,Tier 3 标准仅用于37—560kW,从2006—20XX分步实施表6 美国EPA Tier 1-3非道路车辆用柴油机排放限值, g/kWh kW < 8Tier 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 ≤ 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 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 <。