柴油机排气污染物排放限值及测量方法Word文档下载推荐.docx
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4.1单缸柴油机
4.2
我国单缸柴油机基本上以8.8kW为界，分为S系列和R系列，通常我们说的大功率单缸柴油机一般我们指的是S系列，小功率为R系列。
S系列主要是指8.8kW以上单缸柴油机，缸径在95mm-135mm，均为卧式、水冷机型，目前该机型主要与手扶拖拉机、微耕机配套，另外还广泛应用于园林管理、水泵、场地作业、发电、灌溉、消防等。
R系列主要是指8.8kW以下单缸机，卧式、立式、斜式均有，风冷、水冷机型并存，直喷和涡流室兼有，主要配套手扶拖拉机、微耕机等，发电、排灌等用途为次。
单缸柴油机在我国内燃机行业中按台数计算约占10%，是量大面广的产品，也是我国主要的机电出口产品之一。
单缸柴油机主要配套农用排灌机具、手扶拖拉机等农用机械。
目前我国单缸机主要生产企业稳定在50家左右，占到了国内单缸柴油机总产量的99%以上，主要有常柴、常发、时风、江动、常工等，近几年单缸机企业产销量情况见表1。
表1我国单缸柴油机年产销量（2007-2011年）单位：
万台
年份
2007
2008
2009
2010
2011
产销量情况
产量
销量
865.4
864.7
668.3
662.4
777.5
775.6
865.1
862.2
849.9
832.2
销量增幅/%
10.99
-23.40
17.09
11.17
-3.48
2011年，我国单缸柴油机总产量为849.9万台，其中，配套三轮汽车和低速货车用单缸机约为341.3万台，出口量为266.0万台，应用于非道路移动机械用单缸柴油机在230万台左右。
4.3小缸径多缸柴油机
4.4
小缸径多缸柴油机是指功率不大于100kW，缸数不大于4缸的柴油机，应用领域是除配套轻型汽车和低速货车外，是大、中型拖拉机、中小型联合收割机、中小型工程机械、船舶、排灌、发电、水泵、空压机等移动和固定机械的配套动力。
小缸径多缸柴油机基本上是增压中冷、增压等先进技术和自然吸气等技术并存的局面。
小缸径多缸柴油机全近几年产量情况见表2。
表2我国小缸径多缸柴油机年产销量（2007-2011年）单位：
214.9
213.3
199.8
205
303.3
297.8
334.9
334.6
326.9
329.9
16.18
-3.9
45.3
12.36
-1.4
2011年，我国小缸径多缸柴油机总产量中，与非道路机械配套的比率约为27.2%，共89万台左右。
4.5中等缸径多缸柴油机
4.6
中等缸径多缸柴油机指缸径在100-160mm之间的4缸或6缸柴油机。
是重型汽车、工程机械的主要配套动力。
生产企业主要是由大型企业（以车用柴油机的生产企业为主）。
企业已经具有相对成熟的排放控制技术，由于车用柴油机批量大，使得如增压器、P型喷油泵、嘴配套件保持一个相对较低价格，且该系列机型技术集中程度高、利润大，车用柴油机国2排放控制技术水平对非道路柴油机进行“移植”，开发难度和经费压力小等综合因素，使得该系列柴油机普遍采用增压或增压中冷技术、以及喷油压力为90-100MPa的P型喷油泵等相应阶段先进技术，在柴油机加工、配套质量完好控制之下，排放控制水平和基础较高。
目前国内约有15家企业生产非道路用柴油机，从2011年产量来看，广西玉柴、潍柴、一汽锡柴、潍柴动力（扬州）、东风朝柴、中国重汽这6家企业年产量均超过了10万台。
详细产量见表3。
表32011年中等缸径柴油机年产超10万台企业情况单位：
序号
企业名称
主要产品型号
总产量
1
广西玉柴
YC6105、YC6108、YC6112|、YC4108、YC4110、YC4112、YCD2108、YCD2115
67.7
2
潍柴动力
WD615系列、6160、226B
71.8
3
一汽锡柴
6110、6113、4113、4112、4110、4102
34.4
4
潍柴动力（扬州）
4108、4105、4102、485系列
14.2
5
东风朝柴
4102Q、4102BZQ、4105、6102、6102BZQ、6105、40系列112、QD32系列
18.1
6
中国重汽
WD615系列等
10.1
合计
216.3
4.7配套情况
4.8
非道路用柴油机主要配套行业有农用机械、工程机械、发电机组等，单缸机主要用于小型拖拉机、农机具、发电机组等，小缸径多缸柴油机主要配套大中型拖拉机、中小型收割机、工程机械等。
中等缸径多缸柴油机主要配套大型收割机和工程机械。
配套工程机械、拖拉机，以及发电机组的非道路用柴油机共计约350万台左右。
工程机械方面，根据内燃机协会的统计，2011年我国配套内燃机的工程机械产品销量达到80万台，具体应用领域见表4。
2009年下半年至2011年初，工程机械产量快速增长，而后出现了连续几个月的下滑，2011年工程机械行业营业收入比上年增长17%。
根据工程机械行业经济运行态势，在外部环境没有明显变化的情况下，从2012年开始，行业将回归平稳发展的态势。
表42011年工程机械配套情况单位：
台
主要配套领域
数量
挖掘机
173712
装载机
246981
推土机
13094
平地机
5059
工程起重机
35457
叉车
313847
压路机
21617
摊铺机
3266
813003
拖拉机方面，根据内燃机协会的统计，2011年我国共有174家拖拉机生产企业，共销售各类拖拉机27.8万台，其中大中型拖拉机销售40.2万台，同比增长18.20%，小型拖拉机销售237.6万台，同比增长5.19%。
从我国拖拉机需求动力分析，近几年拖拉机产销量的持续增长得益于农机补贴和更新需求，预计“十二五”期间，拖拉机市场仍将持续高位运行。
发电机组方面，根据内燃机协会统计，2011年功率小于560kW的发电机组产量约8.5万台台，内销约6万台，占总产量的69.4%。
详细统计见表5。
2011年全国电力供应形势总体为平衡偏紧，内燃发电机组行业2011年完成工业总产值86.46亿元，同比增长21.2%，发展呈平稳增长态势。
表52011年发电机组行业产品销售情况单位：
功率范围/kW
内销
出口
功率＜10
41852
18949
10≤功率＜100
7330
3734
100≤功率＜200
3745
1287
200≤功率＜300
2589
760
300≤功率＜400
1951
785
400≤功率＜500
1537
448
59004
25963
4.9保有量情况
4.10
到目前为止，我国尚没有专门的非道路发动机保有量方面的统计数据。
根据“十一五”国家科技支撑计划课题《环境污染物排放关键技术标准研制》的研究统计，2008年我国各类用途的非道路发动机的保有量约为4800多万台。
其中，非道路移动机械用柴油机保有量最大，占总保有量的将近一半，详细保有量分布见图1。
从图中可以看出，我国非道路发动机中，以非道路移动式发动机（包括移动机械用柴油机、小型点燃式发动机，船舶发动机，铁路机车内燃机）为主，占总保有量的70%以上，其中，以非道路移动机械用柴油机保有量最大，占总保有量的将近一半，船舶发动机和铁路机车内燃机保有量相对较少，但单机的功率很大，一般非道路柴油机最大功率不会超过560kW，而内河船用发动机最高功率可达上千kW，铁路内燃机的功率则在几千kW。
小汽油机的保有量占总保有量的20%。
自2008年以来，非道路发动机的增长仍以非道路移动机械为主，船舶发动机增长趋缓，铁路内燃机车的保有量变化不大。
图1我国非道路用发动机保有量分布[2]
4.11柴油消耗量情况
4.12
2005年以来，我国的柴油年消耗量开始突破1亿吨，根据“十一五”国家科技支撑计划课题《环境污染物排放关键技术标准研制》的研究估算，其中约有60%左右用于非道路发动机。
各类用途非道路发动机的柴油年消耗量图2所示，非道路移动机械（包括农业机械和工程机械）的柴油消耗量约占36%，是各类非道路发动机中柴油消耗量最大的。
图2各类非道用发动机的燃油消耗量及比例[2]
4.13进口二手机械情况
4.14
近年来，随着我国经济的高速增长，国内部分工程机械（主要是挖掘机）的产销量不能满足日益增长的需求，造成了国外（主要是日本）大量的二手工程机械涌入我国。
近几年来年进口旧挖掘机与国内新生产挖掘机的销售量对比见表6。
表6进口二手挖掘机与国内新生产挖掘机销售量对比[3]
年度
2005
2006
进口旧挖掘机销售量（台）
18014
18900
26500
27000
14800
32800
新挖掘机销售量（台）
33462
47518
68400
83000
95012
165804
旧机与新机销量比（%）
53.8%
40%
38.7%
32.5%
15.7%
19.8%
国产品牌新机销量（台）
7696
10930
16400
19920
24713
46928
旧机与国产新机销量比例（%）
234%
173%
162%
135%
60.0%
69.9%
2007年我国发布了JB/T10694-2007《进口二手挖掘机验收规范》，针对二手机械的发动机尾气排放方面规定：
2009年10月1日前，应符合中国非道路移动机械用柴油机第一阶段排放标准要求；
2009年10月1日后，应符合中国非道路动机械用柴油机第二阶段排放标准要求。
5标准修订的必要性分析
6
6.1大气污染物减排需要
6.2
中华人民共和国《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中第24章加大环境保护力度第一节强化污染物减排和治理中写到：
“加大机动车尾气治理力度。
深化颗粒物污染防治。
加强恶臭污染物治理。
建立健全区域大气污染联防联控机制，控制区域复合型大气污染。
”
在《国家环境保护标准“十二五”规划》中，明确提出：
进一步完善移动源大气污染物排放标准体系。
首先，以氮氧化物、颗粒物和挥发性有机污染物排放控制为重点，提高机动车新车排放控制要求，建立健全非道路机械、船舶、铁路机车排放标准，研究建立有毒有害污染物和温室气体排放控制标准的可行性。
其次，完善在用机动车、非道路机械排放标准和监督管理技术规范，研究建立重型柴油车、非道路移动机械车载测量排放标准，加强在用车和发动机符合性的监督管理。
第三，加强国际机动车排放技术法规协调，积极跟踪和参与机动车、非道路移动机械、燃油等技术法规制订，推进机动车排放标准与国际接轨。
《重点区域大气污染防治“十二五”规划》中关于开展非道路移动源污染防治中提到：
推进非道路移动机械和船舶的排放控制。
2013年，实施国家第Ⅲ阶段非道路移动机械排放标准和国家第Ⅰ阶段船用发动机排放标准。
6.3行业发展带来的主要环境问题
6.4
进入21世纪以来，我国内燃机行业迎来了其高速发展期，从2001年到2009年，内燃机产量从1783.63万台增长为6700万台，短短9年时间，内燃机的产量增长了270%。
2001-2009年我国内燃机行业产量变化状况见图3。
图32001-2009年我国内燃机行业产量变化情况
对内燃机行业来说，不管是柴油机还是汽油机，不管是道路车辆还是非道路车辆，他们带来的主要污染是基本相同的，主要就是空气污染和噪声污染。
柴油机废气中含有150～200种不同的化合物，其中对人危害最大的有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、及颗粒物。
这些污染物，对人体的健康损害非常严重—刺激呼吸道，使呼吸系统的免疫力下降，导致暴露人群慢性气管炎、支气管炎及呼吸困难的发病率升高、肺功能下降等一系列症状。
尾气中所含的强致癌物质—苯类物质，会引发肺癌、甲状腺癌等。
柴油机各种排气污染物对人体的危害见表7。
表7柴油机各种主要排气污染物对人体的危害
污染物
危害
症状
派生污染
CO
循环系统
神经系统
破坏血液输氧，造成类似煤气中毒症状
损害思维和感觉，头痛、慢化反射，降低身体灵巧度，减弱运动的能力等
HC
造血系统
呼吸系统
其他
神经衰弱
贫血
降低人体对呼吸道传染的抵抗力
致癌
光化学烟雾
NOX
感觉器官
破坏血液输氧
肺气肿、支气管炎、肺部疾病
各类眼疾
酸雨
颗粒物
支气管炎、肺部疾病
含多种致癌物质
灰霾等
6.5促进内燃机行业可持续发展
6.6
2009年10月1日，我国对非道路移动机械用柴油机开始实施GB20891-2007标准第II阶段排放控制要求，新标准的实施，加快了企业资金投入和新技术的研发，使得产品性能和排放状况得到了改善。
同时我们发现该标准的要求相对车用机排放标准要求要宽松的多，加上对非道路柴油机的排放控制较晚，目前非道路用柴油机的排放水平仅相当于车用发动机第II阶段排放水平。
为了满足国家日益严格控制环境污染的政策要求，并促进我国内燃机行业的可持续发展，有必要制定更加严格的标准。
7主要国家、地区及国际组织相关标准研究
8
8.1ISO标准
8.2
国际标准化组织InternationalStandardOrganized（ISO）是由各国标准化团体组成的世界性的联合会。
ISO标准一般涉及试验方法、术语、规格、性能要求等。
我国于1978年加入ISO，在2008年10月的第31届国际化标准组织大会上，中国正式成为ISO的常任理事国。
ISO8178《往复式内燃机排放测量》系列标准目前共有11部分（见表8），每一部分对往复式内燃机排放测量做了相应规定。
欧洲和美国非道路用柴油机的试验方法均按照ISO8178《往复式内燃机排放测量》制定。
ISO8178标准作为一项国际通用试验准则，为一系列标准，适用范围较宽，并且没有制订排放限值。
例如对小型柴油机，规定了试验台测量方法（ISO8178-1《往复式内燃机排放测量第一部分：
污染物测量方法》）；
对那些不能在试验台测试的大型柴油机，制定了面向现场的测试方法（ISO8178-2《往复式内燃机排放测量第二部分：
现场条件下污染物的测量》）。
表8ISO8178系列标准
标准号
标准名称
ISO8178-1:
往复式内燃机排放测量第1部分：
气体和颗粒排放物的试验台测量
ISO8178-2:
往复式内燃机排放测量第2部分：
气体和颗粒排放物的现场测量
ISO8178-3:
1996
往复式内燃机排放测量第3部分：
稳态条件下排气烟度的定义和测量方法
ISO8178-4:
往复式内燃机排放测量第4部分：
不同用途发动机的试验循环
ISO8178-5:
往复式内燃机排放测量第5部分：
测试燃油
ISO8178-6:
2001
往复式内燃机排放测量第6部分：
测量结果和检测报告
ISO8178-7:
1997
往复式内燃机排放测量第7部分：
发动机系族定义
ISO8178-8:
往复式内燃机排放测量第8部分：
发动机系组定义
ISO8178-9:
往复式内燃机排放测量第9部分：
在瞬态条件下工作的压燃式发动机排气烟度排放物的试验台测试循环和测试程序
ISO8178-10:
2003
往复式内燃机排放测量第10部分：
在瞬态条件下工作的压燃式发动机排气烟度排放物的现场测试循环和测试程序
ISO8178-11:
往复式内燃机排放测量第11部分：
非道路移动机械用发动机瞬态工况下气体和颗粒排放物的试验台测量
在ISO8178-4《往复式内燃机排放测量第4部分：
不同发动机的试验循环》中，定义了不同用途柴油机的试验循环，所有的试验循环都是在基础试验循环11工况（见图4）的基础上，对不同的点进行取舍，采用不同的加权而形成的。
基准试验循环包括怠速点11，中间转速点6、7、8、9、10，额定转速点1、2、3、4、5。
由1到5对应的负荷分别为100%、75%、50%、25%、10%，不同的工况点有着不同的加权系数。
图4ISO8178-4基准试验循环
非道路柴油机根据不同的发动机用途有三种不同的试验循环，分别为八工况、五工况和六工况。
试验循环见图5。
八工况应用于非恒定转速工作下的发动机，例如工程机械、农业机械、叉车等所用发动机；
五工况应用于恒定转速工作下的发动机，例如发电机组、排灌水泵、除草机等所用发动机；
六工况应用于在非恒定转速下工作，功率小于18kW的发动机除可用五工况外，可选用的一种试验工况。
例如除草机、空气压缩机等所用发动机。
图5非道路移动机械用柴油机试验循环
8.3欧盟法规
8.4
8.4.1发展历程
8.4.2
1998年2月27日，第一个欧洲非道路移动机械用柴油机排放法规以立法形式通过，即97/68/EC指令。
该法规分为两个阶段：
第I阶段于1998年实施；
第II阶段于2001~2004年执行，法规的实施时间因柴油机功率输出大小不同而不同。
排放法规涵盖的设备有：
工业用钻机、压缩机、轮式装载机、推土机、非公路用卡车、挖掘机、叉车、道路养护设备、铲雪机、机场地面支持设备、塔吊和移动式起重机。
该法规不包括轮船、机车、飞行器和发电机组用柴油机。
在2000年12月18日，欧洲委员会对Directive97/68/EC提出了修正案，将功率小于19kW的非道路用汽油发动机纳入其中。
以COM（2000）840文档出版的该提案，使欧洲与美国现行的小型发动机的排放标准在更大范围内取得一致。
在2002年12月27日对97/68/EC指令进行第三次修订为2004/26/EC指令。
控制范围增加了内河船、机车、轮轨用柴油机，提出了非道路柴油机的IIIA、IIIB、IV阶段的要求。
8.4.3适用范围
8.4.4
欧盟因为单缸机数量较少，且通过协会来进行管理，因此在非道路标准中没有进行管理，为了与美国排放法规相对性，从第三阶段开始，功率下限调整为19kW。
第I阶段，功率范围从37kW到560kW的非道路移动机械用柴油机。
第II阶段功率范围从18kW到560kW的非道路移动机械用柴油机。
第Ⅲ阶段分为IIIA和IIIB两个阶段，IIIA阶段功率范围从19kW到560kW的非道路用柴油机；
IIIB阶段功率范围从37kW到560kW的非道路移动机械用柴油机。
第IV阶段功率范围从56kW到560kW的非道路移动机械用柴油机。
8.4.5排放限值及实施日期
8.4.6
柴油机各阶段排放限值及实施时间，见表9。
根据表9，对比欧盟法规第II和IIIA限值及实施时间我们可以发现，根据功率段的不同，从第II阶段过渡到IIIA阶段，用了3至6年的时间，这主要是因为不同功率段的发动机采用不同的排放控制技术所导致的。
从排放限值来看，从第II阶段过渡到IIIA阶段，主要是加严了NOX和THC的控制要求，CO的限值没有改变，PM也仅仅是19kW到37kW之间的机型加严了12.5%。
而NOX和THC根据功率段的不同，加严了21%到43%。
可见欧盟IIIA阶段主要就是加严对NOX和THC的控制。
同样对比IIIA和IIIB，主要加严了PM排放限值，加严幅度在90％以上，因此IIIB阶段需要采用颗粒捕集器等后处理系统。
IV阶段比IIIB又大幅加严NOX的控制要求，加严幅度在80％以上，说明IV阶段的时候SCR或EGR和颗粒捕集器都要使用。
表9欧盟非道路柴油机污染物排放限值及实施时间
标准
阶段
功率段划分（kW）
排放限值（g/kWh）
实施日期
THC
HC+NOX
PM
欧I
37≤P＜75
6.5
1.3
9.2
0.85
1998.07.01
75≤P＜130
5.0
0.7
130≤P≤560
0.54
欧II
18≤P＜37
5.
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