发布时间：2013-01-09
非道路第三阶段排放标准浅析及应对策略
《非道路移动机械用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法》第三阶段的标准征求意见稿已基本完成。该标准与第二阶段标准有比较大的差别。本文将详细介绍一下本标准与第二阶段标准的差异和企业应采取的对策。
1标准与第二阶段标准的差异
1.1加严污染物排放限值
本标准加严了污染物的排放限值。19kW以上机型污染物排放限值采用欧盟2004/26/EC IIIA阶段的限值要求,19kW以下机型采用EPA CFR PART89 Tier2阶段限值要求。见表1
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表1：各功率段污染物限值 |
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额定净功率 （Pmax）(Kw) |
CO (g/kWh) |
THC+NOX (g/kWh) |
PM (g/kWh) |
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130≤Pmax≤560 |
3.5 |
4.0 |
0.2 |
|
75≤Pmax≤130 |
5.0 |
4.0 |
0.3 |
|
37≤Pmax≤75 |
5.0 |
4.7 |
0.4 |
|
19≤Pmax≤37 |
5.5 |
7.5 |
0.6 |
|
8≤Pmax≤19 |
6.6 |
7.5 |
0.8 |
|
Pmax＜8 |
8.0 |
7.5 |
0.8 |
1.2 增加了耐久性的技术要求
本标准修改采用了欧盟2004/26/EC中关于个功率段耐久性的要求，同事根据国内情况增加了19kW以下机型耐久性的控制要求。详细要求见表2.
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表2：耐久性时间要求 |
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压燃式发动机功率段 （kW） |
转速 |
有效寿命 （h） |
允许最短实验时间 （h） |
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Pmax≥37 |
任何转速 |
8000 |
2000 |
|
19≤Pmax＜37 |
非恒速 |
5000 |
1250 |
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恒速＜3000 |
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恒速≥3000 |
3000 |
750 |
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Pmax＜19 |
任何转速 |
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耐久性要求，是发动机排放标准发展的必然趋势，目前重型柴油车、轻型柴油车都有耐久性的要求。只有通过耐久性试验，才能更好的保证车辆在更长的使用时间内，发动机的排放状况一直是满足相关标准要求的，有效避免了车辆运行一段时间，发动机排放劣化的现象，真正的保护了环境，并能提高企业对自己产品的质量要求，有利于行业的健康发展。
1.3 油品的变化
非道路移动机械用压燃式发动机Ⅲ阶段，排放技术水平基本等同于车用机第Ⅲ阶段，它们采用了很多相同的技术，例如高压共轨、电控EGR等这些技术要求质量更好品质的燃油，例如燃油中杂质、硫含量等都需要大幅降低。从欧美相应阶段排放标准来看，对燃油也提出了更高的要求，考虑到压燃式发动机排放水平的进一步提高，参考欧美标准，拟采用GB252-2011普通柴油标准的相关技术内容。本标准要求的基准燃油的主要技术参数见表3.
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表3：基准燃油主要技术参数 |
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参数 |
单位 |
限值 |
试验办法 |
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最小 |
最大 |
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十六烷值 |
-- |
45 |
-- |
GB/T 386 |
|
|
Kg/m3 |
825 |
840 |
GB/T 1884和GB/T 1885 |
|
多环芳香烃 |
%m/m |
3 |
11 |
SH/T 0606 |
|
硫含量 |
Mg/kg |
-- |
350 |
GB/T380 |
2 企业采取的对策
发动机技术可行性及成本分析
从市场调研和部分试验的情况看，要达到本标准制订的第Ⅲ阶段排放限值，发动机生产企业还有大量的工作要做。在济南汽车检测中心试验室台架上，我们选择了一批能够满足本标准要求的机型和具备满足本标准潜力的机型进行了大量的摸底试验，下面分别介绍一下各功率段达标发动机的主要技术及成本。
2.1 对最大净功率130≤Pmax≤560kW的发动机
对于130≤Pmax≤560kW的发动机，要满足本标准的排放限值要求，需要采用共轨、单体泵等车用机第三阶段的技术，传统的增压或增压中冷技术，已经不能满足本标准要求。这类机型主要由车用发动机的企业提供，企业已经具有相对成熟的排放控制技术，技术不存在问题，对达到本标准的要求没有技术难度。虽然压燃式发动机成本增加2000~5000元/台，约占总成本的10%~15%左右，但该部分机型利润大，能够在产品销售、产量增加等过程中慢慢消化吸收。
该功率段共测试了6台不同配置的发动机，从测试的结果看，基于本标准的排放限值，1#、2#机型都采用了机械泵、增压中冷技术，NOX+THC超标，3#、4#、5#、6#机型全部为高压共轨、增压中冷机型，能够满足本标准要求。数据统计见图1.
2.2 对于最大净功率37≤Pmax＜130kW的发动机
对于75≤Pmax＜130kW和37≤Pmax＜75kW功率段的发动机，主要为大、中型农机、叉车、挖掘机等配套，大部分机型采用自吸，个别机型采用增压或增压中冷，部分出口机型采用涡流室、增压或增压中冷。由于该功率段国内的主要农机企业努力开拓国外市场，为了满足国外排放标准的要求，发动机企业在排放控制上已经做了很多投入。
（1） 对自然吸气机型进行改进，采用增压或增压中冷技术。增压器成本增加约1000元/台。
（2） 部分增压机型排放情况接近标准限值要求的，可以通过调整提前角来达到要求，所带来的问题是油耗大约增加10%左右。
（3）对部分增压机型排放情况离限值差距较大的，可以通过采用中冷技术来解决，由于非道路工程机械发动机工作状况的特殊性，在工作的时候没有迎面风，所以一般情况下采用水-空中冷器，但水-空中冷器对改变NOX的排放程度很有限，在有些情况下，非但不能降低排放，反而会稍微增加NOX的排放量，这时采用强制风冷情况会好一些，但会消耗一部分发动机功率。水-空中冷器成本约增加1000~2000元/台。
（4）采用EGR技术，EGR机内净化措施成本约600~800元/台。
75≤Pmax＜130kW功率段共测试了5台不同配置的发动机，从测试的结果看，基于本标准的排放限值，4#机型采用机械泵、增压技术，5#机型采用机械泵、增压中冷技术，其NOX+THC超标。1#、2#机型采用增压中冷技术，3#机型为增压中冷、高压共轨技术。测试数据统计见图2.
37≤Pmax＜75kW功率段共测试了5台不同配置的发动机，从测试的结果看，基于本标准的排放限值，2#、3#机型为自吸、机械泵NOX+THC超标，1#机型采用机械泵、增压中冷技术，4#机型采用机械泵、增压技术，5#机型为自吸、涡流室。
测试是数据见图3.
2.3对于最大净功率19≤Pmax＜37kW的发动机，主要为小型工程机械、小型农业机械和小型拖拉机等配套，GB20891-2007标准在制定的过程中，充分考虑了小功率压燃式发动机的现状，采用了欧美第Ⅰ阶段的排放限值，经过近几年的发展，我们已经具有了大量满足欧美第Ⅱ阶段限值要求的机型。但该部分机型因为包含部分单缸机，由于技术应用的问题，满足标准要求难度很大，建议企业该功率段提升为小缸径多缸压燃式发动机。
该动率段共测试了7台不同配置的多缸发动机，从普测的结果看，基于本标准的排放限值，1#、5#、6#、7#为机械泵、直喷机型，其中1#、5#NOX+THC超标。其余机型都是机械泵、自吸、涡流室。测试数据统计见图4.
2.4对于最大净功率Pmax＜19kW的发动机
对于8≤Pmax＜19kW和0≤Pmax＜8kW的发动机，该功率段发动机主要是为拖拉机、场院机械、水泵、空压机和农副产品加工机械配套的单缸发动机。功率段有部分出口机型，采用卧式、涡流室，高喷油压力、DOC等改进措施，排放情况较好，能够满足本标准的要求，但成本增加约20%~30%。
综上分析，我们认为针对各功率段机型，排放控制技术是可行的，成本的增加在可以接受的范围内。见表4.
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表4：各功率段污染物限值 |
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机型 |
采用技术 |
占整机比例成本 |
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130≤Pmax≤560kW |
共轨，增压中冷、EGR等 |
10%~15% |
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75≤Pmax＜130 kW |
增压中冷、EGR等 |
10%左右 |
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19≤Pmax＜37 kW |
提高油泵、油嘴喷油压力、涡流室、增压中冷等 |
10%~15% |
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Pmax＜19 kW |
重新设计新机型、提高油泵、油嘴喷油压力、涡流室等 |
20%~30% |
3总结与展望
从非道路第三阶段标准来看，各企业面临的压力各不相同，有些企业早已具备了满足该标准要求的多个机型，另一些企业缺少对国内相关标准的理解、跟进，导致目前新产品的研发迟迟出不来。企业应该加大研发力度，逐步提高自身产品质量，才能在以后企业发展过程中立于不败之地。
沪公网安备 31011702007878号
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