一拖技术中心

张庚乾
二 O O 六 年 十 一 月 九 日

主  要  内  容
·国外非道路柴油机排放法规
·国内非道路柴油机排放法规
·欧洲车用柴油机排放法规 柴油机排放控制手段
·柴油机排放控制关键技术
·柴油机排放一致性的质量控制
·技术中心排放测试设备

一、国外非道路柴油机排放法规
　　欧盟、美国、日本的非道路移动机械用压燃式发动机排放控制先后起步于20世纪90年代中期，现在基本处于各自的“第三”阶段.
　　本文重点介绍欧盟标准。

1、ISO 标准
　　ISO8178是由国际标准化组织提供的非道路用内燃机排放测试方法，并为世界各国接受。为避免造成重复认证和国际贸易困难的情况，做到测试数据的可比性，欧洲、美国和日本的非道路用发动机排放标准均采用ISO8178国际标准定义的测试方法，另外，ISO8178标准为一系列标准，它不仅定义了台架测试方法（ISO8178-1），还定义了现场的测试方法（ISO8178-2）。ISO8178标准为非道路用内燃机排放测试方法，没有限值的规定。

2、  欧盟标准
　　欧盟控制非道路移动机械用压燃式发动机的排放指令是 97/68/EC（1998年3月19日开始实施）。从1998年6月30日开始，对37 kW≤P＜560kW 的非道路移动机械用压燃式发动机分功率段实施第I阶段的排放限值；从1999年12月31日开始，对18 kW≤P＜560kW 的非道路移动机械用压燃式发动机分阶段、分功率段实施第II阶段的排放限值。对于变速发动机，采用ISO8178-4规定的C1测试循环（八工况循环）进行测试；对于恒速发动机，采用ISO8178-4规定的D2循环（五工况循环）进行测试。 






各阶段特点
·2006年12月31日后,所有机型执行Ⅲ A阶段限值.增加了使用寿命的最低值要求.
·Ⅲ A阶段主要是降低NOX排放指标,平均下降近50%.
·Ⅲ B阶段主要是降低颗粒物排放量.同时NOX指标又有所下降.
·Ⅳ阶段主要是大幅度降低NOX排放指标.


其它规定
　　1.使用寿命期内要求排放指标满足限值要求。
　　2.燃油含硫量规定：第Ⅰ、Ⅱ、ⅢA阶段, 1000ppm≤S≤2000ppm. ⅢB阶段10-50ppm。
　　3.系族概念：可以用一种型号的源机来代表一组具有相似结构原理和使用相似结构部件的发动机来进行型式认证。
　　4.生产一致性的考核：主管部门可在生产中的任何时候对其控制生产一致性的措施进行抽查，必要时可抽取一台发动机进行检测。
　　5.销售：实施新的限值标准后,各成员国可以允许库存的在此日期之前生产的发动机或机械继续销售,但需经生产商向原批准型式认证的成员国和库存所在地成员国的主管部门提出申请并说明经济和技术方面的理由.延长期由各成员国自定的法规实行，不得超过2年。数量不超过上一年度在该国投放量的10%。

试验条件
　　1.排放测试设备满足相应法规要求.
　　2.大气条件. 0.96≤Fa≤1.06.
　　3.燃油品质.
　　4.润滑油品质.
　　5.进气阻力
　　6.排气背压
　　7.燃油温度、润滑油温度、冷却水温度
　　8.其它测试仪器仪表符合要求

指令的修订情况
　　2002年12月9日，欧盟在最新修正指令2002/88/EC中，增加了对小于19kW的点燃式发动机的排放控制。
　　2004年4月21日，欧盟在最新修正指令2004/26/EC中，主要有以下几方面的改动：
　　a、增加了对“内河船机”、“铁路机车”和“轮轨”的排放控制。
　　b、制订了Ⅲ A、 Ⅲ B和IV阶段的排放限值，对“内河船机”、“铁路机车”、“轮轨”和“恒速发动机”分别进行控制。
　　c、对Ⅲ B阶段和IV阶段颗粒物取样实行NRTC瞬态测试循环。
　　d、对Ⅲ A和Ⅲ B、IV阶段所用燃油提出不同的要求。

3、美国EPA对不同用途的发动机的排放采用的标准





EPA 测试循环
　　a、对于变速发动机，采用ISO8178-4规定的C1循环（8工况测试循环）；
　　b、对于小于19kW的变速发动机，采用ISO8178-4规定的G1循环（6工况测试循环）；
　　c、对于内河船机，采用ISO8178-4规定的E1循环（4工况测试循环）；
　　d、对于恒速发动机，采用ISO8178-4规定的E循环（5工况测试循环）。

二、国内柴油机排放法规情况

　　我国于1999年颁布GB17691-1999，开始对车用压燃式发动机的排放实施控制，于2001、2005年进行了两次修订，等效采用欧盟法规。2007年1月1日起执行中国Ⅲ阶段标准。
　　我国于2005年颁布GB19756-2005，开始对三轮汽和低速货车用柴油机的排放实施控制，等效采用欧盟法规。2007年1月1日起执行中国Ⅱ阶段标准
　　我国于1999年颁布JB8891-1999，开始对非道路移动机械用压燃式发动机的排放实施控制。

GB/T8190标准和JB8891标准
　　GB/T8190.1-1999和GB/T8190.4-1999标准等同采用了ISO8178.1-1996和ISO8178.4-1996标准，但ISO8178的其它标准未等同发布，造成GB/T8190标准不完整。另外JB8891为行业标准，不具有强制性，对国内的非道路用柴油机的排放没有起到控制作用。
　　欧洲、美国和日本的非道路用发动机的排放限值分别依功率来划分档次，不同功率档次的发动机的排放限值、实施日期不同。大功率的发动机的排放限值较严，而小功率的发动机的排放限值较松，这与发动机的实际排放状况和技术水平一致，比较科学合理。而JB8891是参照欧盟早期的车用柴油机排放控制标准制订的，没有对功率档次进行必要的划分，限值都一样，不很科学。



北京地方标准 DB11/184-2003
2003年1月北京环保局发布了DB 11/184-2003“非道路用柴油机排气污染物的限值和测量方法”。标准的适用范围包括“工程机械、农业机械（包括林业机械、渔业机械、场院机械、农副产品加工机械）”，所用柴油发动机为变速发动机。排气污染物的排放限值等同采用97/68/EC指令第I、Ⅱ阶段的限值，把“130≤P≤560”扩展为“P≥130” ，采用不同于C1循环的8工况测试循环。

三.欧洲车用柴油机排放法规

欧盟控制车用柴油机排放的指令是88/77/EEC.





四、柴油机排放控制手段

道路用柴油机欧Ⅰ排放技术路线
　　1、80～90MPa燃油喷射压力，机械调速器
　　2、可以采用2气门缸盖结构
　　3、优化的燃烧系统参数（包括燃烧室、进气涡流、油束分布）
　　4、控制机油消耗
　　*5、采用涡轮增压技术（带旁通阀）
　　*6、采用中冷技术

道路用柴油机欧Ⅱ排放技术路线
　　1、120MPa燃油喷射压力，机械或电子控制
　　2、可以采用2气门缸盖结构
　　3、优化的燃烧系统参数（包括燃烧室、进气涡流、油束分布）
　　4、控制机油消耗（机油燃烧剩余物占颗粒总量<10%）
　　5、采用涡轮增压技术（带旁通阀）
　　6、采用中冷技术

道路用柴油机欧Ⅳ排放技术路线
　　1、采用欧Ⅲ排放技术路线
　　2、180～200MPa燃油喷射压力
　　3、冷却EGR
　　4、排气后处理（Nox催化装置、颗粒捕捉器）
　　5、燃油品质控制
　　6、控制曲轴箱排放

五、柴油机排放控制关键技术

1） 四 气 门 技 术
　　四气门技术具有以下基本特点：
　　增加流通面积，减少换气损失。气流运动阻力随着发动机转速的提高而增加。与两气门相比，采用四气门进气系统，可使气门流通面积增加50﹪左右，这样可使换气功或泵气损失减少，充气效率提高，可以更有效地组织油气混合和燃烧。
　　中心垂直布置的喷油嘴有利于改善混合气的形成和燃烧。四气门柴油机的燃烧室与气缸同心，喷油嘴可以垂直布置，燃烧室内的气流流动明显比偏置燃烧室均匀。
　　易于实现随转速和负荷而改变的进气涡流。可以通过对气道的节流或关闭调整发动机所需的涡流强度。
　　具有良好的扭矩和排放特性。由于喷油嘴和燃烧室中心布置、气门流通面积增加，使得四气门直喷式柴油机具有优越的扭矩特性和排放特性。即使使用相同的燃油喷射系统，在标准循环测试中，四气门柴油机可比两气门柴油机的提高功率２０％以上，排放低20﹪～30﹪，油耗低4﹪。

２）燃油喷射系统关键技术
　　1、提高泵端压力后燃油系统的可靠性，比如油路管件
　　2、无压力室或超小压力室喷油器
   ——减少柴油的后滴，降低HC的排放
　　3、双弹簧喷油器
   ——降低怠速噪音效果显著
　　4、供油提前器
   ——改变供油提前角，降低Nox的排放
   ——顶隙柱塞的使用，可在一定范围内改变供油提前角，取代供油提前器
　　5、精确喷油技术
   使用液体挤压研磨的流量控制技术
　　6、燃油过滤技术
　　7、油泵传动系统的震动和强度问题的解决

３）缸套珩磨网纹制造技术
　　1、缸套网纹特征: (欧Ⅱ)  DIN4776
                      轻型车    重型车    进口珩磨机
　　核心粗糙度深度Rk  0.65-1.6   0.65-1.7    0.3-1.0
　　简约峰高Rpk         <0.3       <0.5       <0.3
　　简约谷深Rvk         1-3         2-4       0.7-2
　　轮廓支撑长度率Mr1  < 12%       < 12%      4-10%
　　轮廓支撑长度率Mr2  70-90%     70-80%     70-80%
　　—单位面积含油率和承载能力
　　2、钢制镀铬气缸套技术
　　减少摩擦功损失3-5%，相对地降低排放值，增加柴油
机使用寿命30%左右。

４）燃烧系统技术
　　１、燃烧室形状
　　深坑型缩口——浅坑形缩口——浅坑形浅缩口
　　２、气道涡流
　　强涡流—中等强度涡流——微涡流——大流量无涡流
　　３、活塞环
　　形状、位置：提高比压、提高一环位置、增大二环间隙、优化活塞环形状、表面渗陶
　　４、活塞
　　冷却：提高冷却水套位置——喷油冷却——内冷油腔
　　活塞材料：提高材料高温性能和稳定性

六、柴油机排放一致性的质量控制

1.  燃烧室
　　影响因素：燃烧室的形状、位置、容积、压缩比。
　　对于直喷柴油机燃烧室，其结构形状、位置影响进气涡流的分布和强度，从而影响油气混合气的形成过程。油、气的充分均匀混合是追求的目标。对于已经优化好了燃烧室形状和结构参数的发动机，其燃烧室的位置、燃烧室容积误差是影响柴油机气体排放的主要因素，在目前内燃机零部件行业机械加工工艺水平下，这些参数是不难保证的。因此，燃烧室一旦优化好之后，对排放一致性的影响很小。

2、进气系统
　　进气系统的主要评价指标是流量系数和涡流比,保证混合气混合充分。铸造工艺所保证的进气道的形状、位置和内壁质量，将影响进气阻力和涡流比，从而影响排放性能。同时要控制进气管的形状、位置精度和内壁质量。有条件的应将进气管和进气道进行性能匹配。

3、 缸套、活塞环
　　缸套的刚度、网纹的形状、角度、深浅均影响其单位面积含油率和承载能力。含油率过大,会导致机油耗的增大,因而影响排放物中的颗粒物的含量；含油率过低，对润滑不利。
　　活塞环的结构对排放中颗粒物控制极为重要。
　　从发动机的12小时机油消耗率基本上可以初略判断出磨檫副的工作情况。一般情况下，要达到道路车辆欧Ⅱ排放要求时，机油消耗率应在0.4g/kW.h以下；要达到道路车辆欧Ⅲ排放要求时，机油消耗率应在0.2g/kW.h。

4、燃油喷射系统
　　影响因素：高压油泵供油能力和供油速率，高压油管的长度和内径，喷油器开启压力、流量（油孔直径）、油孔数目、喷雾锥角、油嘴凸出量、安装角、压力室容积 ，供油提前角。
　　对于已经定型的柴油机，油嘴凸出量和供油提前角是一致性质量监控的重点。       

5、油品质量
　　主要包括机油、燃油。
　　柴油的品质影响发动机的性能和排放, 对性能和排放的影响最大的参数是十六烷值、硫含量、灰分、芳烃含量。其中十六烷值影响发动机的性能和NOx、灰分，S含量影响颗粒排放。
　　润滑油中硫含量和磷含量过大，不仅影响颗粒排放，更主要影响是使排气后处理装置中毒、失去活性。

6、机加工精度
　　机加工精度的高低影响发动机的性能, 只有保证机加工精度，才能保证产品的一致性。
　　例如：机体的主要加工精度（欧Ⅱ）：
　　缸套孔同轴度：                     0.015
　　缸套之间孔、曲轴和凸轮轴孔平行度： 100：0.008
　　缸套孔和曲轴、凸轮轴孔垂直度：     0.015
　　缸套孔圆度：                       0.015
　　缸套止口深度：                  ± 0.025

7、一致性计划书（一）
　　1、执行标准(企业标准、国家标准）
　　2、质量控制文件
关键部件  相关技术文件（发动机、电控单元、喷油泵、喷油嘴、增压器、中冷器、催化转化器）
　　3、外购件采购过程质量控制（供应商的选择、日常监督、采购产品的检验和验证）
　　4、自制件生产过程质量控制文件
　　5、装配过程质量控制（装配要求、控制方法、在线检验、定期抽检频次、不合格品控制、人员管理）
　　6、检测设备管理（设备台帐、设备管理制度）
　　7、一致性自检规程（例行检验、定期检验）
　　8、纠正措施

八、认证程序
　　1. EPA认证
　　2. EC认证
　　3. 国内认证

七、技术中心　排  放  测  试  设  备  情  况



排放设备适用标准

　　欧洲法规体系中的97/68/EC所采用的测量设备与GB17691-2001《车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法》、GB/T8190-1999 《往复式内燃机  排放测量》标准中规定的测量设备完全一致，检测程序和计算也与其基本一致。洛阳拖拉机研究所拥有的全套排放设备能够按照以上标准进行检测，并拥有发动机产品的监督检测权，拥有熟悉标准的发动机测试技术人员。