重型汽油机排放国IIIIV标准编制说明.docx
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重型汽油机排放国IIIIV标准编制说明
附件三：
《重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国III、IV阶段）》
（GB14762-2008）修改方案
（征求意见稿）编制说明
《重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国III、IV阶段）》（GB14762-2008）修改方案编制组
二〇一二年五月
1.修改标准的目的
补充完善《重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限制及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》（GB14762-2008）标准中第四阶段车载诊断（OBD）系统和排气污染物控制系统耐久性要求。
2.相关背景介绍
2.1原标准情况
2008年4月，我国发布了国家标准《重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限制及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》（GB14762-2008）。
该标准规定了重型汽油车及其发动机第三、四阶段排放限值和相应的测量方法，第四阶段氮氧化物和碳氢化合物限值比第三阶段收紧了30%左右。
第三、四阶段排放限值的提出，明确了重型汽油车各阶段污染物减排的目标，引导汽车和发动机生产企业为提升排放控制水平早做准备。
同时，为了确保车辆在实际使用过程中污染物排放持续达标，该标准还规定了第三阶段车载诊断（OBD）系统和排气污染物控制系统耐久性（简称：
耐久性）等内容；由于当时国内外可参考的技术内容有限，对于第四阶段的OBD、耐久性没有提出规定（见GB14762-2008标准前言第二段和标准第7.4.3条），计划在第四阶段标准实施前进行确认或另行规定。
重型汽油车国家第三阶段标准已于2009年7月1日开始实施，第四阶段将于今年7月1日开始实施型式核准。
因此，亟需对第四阶段的OBD和耐久性要求进行确定。
2.2重型汽油车行业状况
由于重型汽油车燃油消耗量和CO2排放较高，在全世界范围内均已逐渐被柴油车所替代。
欧盟多年来几乎没有重型汽油车生产销售；因而也就未制定重型汽油车相关排放法规；美国和日本的重型汽油车产量也已非常少，所占汽车总产量的份额很小，虽然仍保留了重型汽油车排放法规，但近年来已几乎没有新认证的车型。
国内近年来重型汽油车的产销量一直较小，近三年来，国内重型汽油车的年产量均未超过3万辆，所占汽车总产量的份额约为0.17%（见附1）。
预计重型汽油车在我国还将存在较长时间，但由于燃油经济性方面的影响，此类车的产销量可能会保持在现有水平。
3.修改内容及其依据
根据重型汽油车污染物排放控制的需要，参考美国和日本重型汽油车法规的实践经验（见附2），提出第四阶段重型汽油车（机）的车载诊断（OBD）系统和排气污染物耐久性要求和试验方法。
3.1关于OBD要求及试验方法的确定
第四阶段OBD仍沿用第三阶段的技术要求和试验方法。
主要依据如下：
我国重型汽油车和发动机第三、四阶段排放标准（GB14762-2008）的技术内容，包括OBD的技术要求在内，主要参考了“日本2005年重型汽车排放法规”而制定。
因此，在研究制定第四阶段OBD技术要求过程中，也主要是以日本法规为依据。
日本在2009年推出了2005年法规的修订版，即“2009年日本后新长期法规”，该法规在排放限值方面比2005年法规有所加严，但在OBD方面，仍保持与2005年法规要求相同。
另外，美国的重型汽油车是从2010年开始有OBD要求，欧盟一直没有重型汽油车排放法规，但有气体燃料点燃式汽车排放法规，并从欧IV阶段（2008年）开始有OBD要求。
我国第三阶段重型汽油车的OBD技术要求，与美国和欧盟当前的OBD技术水平大致相当。
并且，根据我国第三阶段标准的实施，证明目前规定的OBD试验方法是可行的，符合国内实际情况。
鉴于以上情况，我国第四阶段仍沿用第三阶段的OBD技术要求和试验方法是科学可行的。
3.2关于耐久性要求和试验方法的确定
3.2.1关于第四阶段耐久性要求
重型汽油车第四阶段排气污染物控制系统耐久性要求比第三阶段进一步加严，具体是：
有效寿命为180，000km或10年，以先到为准。
允许最短试验里程为60，000km。
表1.国三、四阶段重型汽油车排气污染物控制系统耐久性要求
阶段
有效寿命
（1）
允许最短
试验里程
（2）
（km）
行驶里程
（km）
使用时间
（年）
国三
80,000
5
50,000
国四
180,000
10
60,000
（1）有效寿命中的行驶里程和实际使用时间以先到为准；
（2）
（3）指采用道路试验方法时最短耐久性运行试验里程。
耐久性技术要求的主要依据是参考美国和日本等国外相关法规。
与我国第四阶段排放控制水平相当的美国和日本的重型汽油车耐久性要求如表2所示。
表2.美国、日本重型汽油车排气污染控制系统耐久性要求
汽车分类
有效寿命
（1）
允许最短
试验里程
（2）
（km）
行驶里程
（km）
使用时间
（年）
美国
重型汽油车
176,000
（110,000英里）
CO：
8/
NOx:
10
----
日本
重型汽油车
180,000
----
60,000
（1）有效寿命中的行驶里程和实际使用时间以先到为准；
（2）
（3）指采用道路试验方法时最短耐久性运行试验里程。
由表2可知，美国和日本重型汽油车的耐久性里程要求分别为17.6万公里和18万公里，两者要求基本相当，是目前国际上对重型汽油车的耐久性里程要求最高的国家。
3.2.2耐久性试验方法
国四阶段耐久性试验方法仍按GB20890-2007规定进行，理由如下：
GB20890-2007规定的耐久性试验方法，与美国、欧盟规定的重型汽车耐久性试验方法基本一致；此外，GB20890-2007中还推荐了我国发动机台架耐久性试验循环。
据了解，GB20890-2007推荐的发动机台架耐久性试验循环，仍被许多企业和检测机构用于重型压燃式发动机和气体发动机国四阶段耐久性试验。
因此，重型汽油车（机）耐久性试验方法仍按GB20890-2007规定。
附1
国内重型汽油车（机）行业概况
（1）重型汽油机生产厂：
据环保部机动车排污监控中心（VECC）统计，国内共有10家重型汽油发动机生产厂、共生产12个重型汽油机机型（表1-1）。
表1-1.重型汽油发动机生产厂及机型
序号
发动机制造厂名称
发动机机型
1
北京福田环保动力股份XXX
BJ491EQ3B
2
长春一汽四环发动机制造XXX
CA4G25EE3
3
东风汽车XXX商用车发动机厂
EQ6100-30
4
福特汽车公司（FordMotorCompany）
H
5
绵阳新晨动力机械XXX
4RB2-Ⅲ
JM495QF-Ⅲ
6
日本丰田汽车公司
2TR
7
日产汽车公司
TB45K
8
沈阳新光华晨汽车发动机XXX
XG491Q-MA
9
沈阳新光华翔汽车发动机制造XXX
G4BAⅢ
10
中国第一汽车集团公司
CA4GZ-E3
CA6GH-E3
（2）重型汽油车生产厂：
据VECC统计，全国重型汽油车生产厂共46家。
按生产车型种类分，只生产1种车型的40家，能生产2种车型的5家，能生产3种车型的1家；其中专用车生产厂30家、客车生产厂15家、卡车生产厂5家、牵引车生产厂1家。
（3）重型汽油车车型：
据VECC统计，全国重型汽油车180个车型；其中专用车120个车型,客车28个车型，货车31个车型，牵引车1个车型。
重型汽油专用车主要是环卫、清洁、园林、消防、卫星转播、电视转播等；重型汽油客车主要是中型高级旅行客车，如丰田柯斯达、日产碧莲等；重型汽油载货车大多为轻中型卡车和皮卡车。
客车和载货车生产厂向专用车制造厂提供改装底盘。
（4）重型汽油车产量：
据中国汽车工业协会统计数据，2009～2011年国内生产的汽车总质量（GVM）大于6t的重型汽油车总产量如表1-2。
表1-2.国内重型汽油车年产量（辆）（GVM>6t）
年度
重型汽油车
2009年
7504
2010年
8251
2011年
11045
对于GVM在3.5t-6t段的重型汽油车，中国汽车工业协会未单独列出统计数据，而是包含在GVM1.8t-6t车型段内，所以仅从车型统计数据中难以分离出来。
为此，对该车型段相关重型汽油机生产厂进行了专门调查，统计出该车型段的重型汽油机年产量。
根据调查结果分析，近3年来国内GVM在3.5t-6t段的重型汽油车年产量均在2万辆之内。
综合以上GVM为3.5t-6t以及GVM大于6t两段数据，近3年来国内重型汽油车（GVM>3.5t）年产量估计在3万辆左右。
据调查，还有部分重型汽油车产品销售到新疆等天然气资源较丰富的地区后，被改装为天然气车。
因此，实际运营的重型汽油车还会更少一些。
我国汽车总产量在2010年和2011年分别高达1826.47和1841.89万辆，如以重型汽油车（GVM>3.5t）产量3万辆计，重型汽油车年产量所占全国汽车总产量的比例未超过0.17%。
综上所述，国内重型汽油车行业生产厂多达46家，车型多达180个，车型分散在客车、载货车、环卫、清洁、园林、消防、卫星转播和电视转播等；但重型汽油车年产销量少，仅为3万辆左右，每个车型平均不足200辆；重型汽油车所占全国汽车年总产销量的份额较小仅为0.17%左右。
在重型汽油车型中，环卫、清洁、园林、消防、卫星转播和电视转播等专用作业车占有较大比例。
附2
国外重型汽油车（机）排放标准中的OBD和耐久性要求简介
1.美国
1.1美国车载诊断（OBD）系统要求
1.1.1美国加州（CARB）OBD要求
（1）轻型和中型汽车
美国加州大气资源局（CARB）对轻型汽车[汽车总重量（GVWR）≤8500磅（3850kg）]以及中型汽车[8500磅（a）第一步：
OBDI系统—美国首个OBD法规，加州CARB1985年立法，1988年开始实施，1991年起在加州销售的轻型汽车和中型汽车的新车要求配置OBDI以监测排放控制部件。
OBDI系统可监测发动机控制系统、供油系统、废气再循环系统和氧传感器等。
但OBDI存在较大局限性和缺点，如：
1）未对发动机失火、催化转化器和燃油蒸发系统进行监测；2）仅当失效己经发生才点亮故障指示灯，无法监测与排放有关部件的损坏过程；3）缺乏统一标准规范，导致不同生产厂家、不同车型之间的通信协议、诊断接口标准、故障代码定义等方面存在较大的差异，对某些系统还须使用专用解码器，给维修带来不便。
（b）第二步：
OBDII系统——加州（CARB）于1989立法，针对1994-96及以后生产的车型。
在美国加州销售的新汽油车、代用燃料乘用车，自1996年开始实施；在加州销售的新柴油乘用车和载货车，自1997年开始实施。
OBDII是较OBDI更为严格的车载诊断系统，主要变化包括：
1）扩大了诊断零部件范围；2）增加了催化器失效、失火和燃油蒸汽泄漏等诊断要求；3）以对排放的影响为主，导入失效的具体排放条件；规定了OBDII排放极限值且随LEV,ULEV,SULEV等排放标准变化；4）建立了标准化的诊断连接器、电子协议、诊断码和技术等。
加州（CARB）OBDII是一个不断变动更新的法规，随着技术的发展而提高，要求越来越严格，规范越来越严谨。
（2）重型汽车[GVWR>14000磅（6350kg）
美国加州车用重型发动机车载诊断系统（OBD）分两步导入，OBD系统允许3年过渡期，在过渡期内即使OBD系统存在某些缺陷也允许认证。
（a）第一步：
EMD（发动机制造商诊断系统）—从2007年型开始，要求配备发动机制造商诊断系统（EngineManufacturerDiagnosticsystem）。
EMD只是基础的重型发动机诊断系统。
（b）第二步：
HDOBD（重型车载诊断系统）—2010年重型车用发动机导入实施。
就技术水平而言，HDOBD是与OBDII大致相似的诊断系统。
至2013年，在加州销售的所有重型汽车发动机要求配备HDOBD系统，而EMD系统将全部停止使用。
1.1.2美联邦车载诊断（OBD）系统要求
1990年，美国联邦将OBDII纳入了大气清洁法。
加州以外49个州的轻型汽车要求从1996年起装备OBDII（可宽限至1999年），中型汽车要求从2005年起装备OBDII。
美国EPA于2008年底完成重型汽车OBD法规，该法规适用于重型汽车且与OBDII技术水平相当。
加州以外49个州重型汽车要求从2010年起安装重型OBD系统。
1.2美国重型汽油车排气后处理耐久性要求
（1）耐久性要求美国对重型汽油车排放后处理装置耐久性要求，碳氢化合物和一氧化碳为8年或11万英里（约17.6万公里），氮氧化物为10年或11万英里，以先到为准。
（2）耐久性试验方法对中型汽车，美国采用SRC耐久性标准试验循环（如图2-1）进行道路试验；或进行SBC标准台架老化耐久试验（如图2-2）。
图2-1.美国SRC耐久性标准试验循环
标准台架循环（SBC）是根据在实际道路试验循环（SRC）时测得的催化器温度数据转换而来的。
催化器温度在试验汽车上最热催化器的最高温度位置处测量，并至少测量两个完整的SRC循环期间催化器“时间—温度”数据。
SBC台架试验循环中催化器的有效基准温度和老化时间的关系可通过计算（BAT方程式）得出。
图2-2.美国SBC标准台架试验循环
对重型汽车，可选择对车辆进行整车道路累积里程耐久性试验，或在发动机台架上对所选源机进行发动机台架耐久性试验。
汽车道路累积里程耐久性行驶工况，由汽车（或发动机）制造企业根据良好的工程规范确定。
发动机台架耐久性试验工况从汽车道路累积里程耐久性行驶工况转换得到。
耐久性试验方法与欧盟基本相同。
2.欧盟
欧盟没有适用于汽车总质量大于3500kg的重型汽油机排放法规。
欧盟指令2005/55/EC和2005/78/EC规定了汽车总质量大于3500kg的重型压燃式发动机、点燃式CNG/LPG气体发动机排放限值、OBD和耐久性要求。
2.1欧盟OBD系统要求
（1）轻型汽车：
2000年，在实施欧3排放法规的同时，欧盟要求所有新轿车和轻卡车（2.5吨以下）（2001年汽油车、2004年柴油轿车）必须装备欧洲OBD（EOBD）系统。
EOBD源于美国OBDII系统，两者相似但存在一定差异，如：
1）EOBD对零部件的测试相对OBDII简单；2）两者的测试循环不同，EOBD采用ECE＋EUDC循环，而美国OBDII采用FTP循环；3）OBD极限值不同：
EOBD（E3/E4）采用固定极限值（CO—3.20g/km，HC—0.40g/km，NOx—0.60g/km，分别为欧3排放限值的1.4/2/4倍）；而OBDII一般为FTP标准的1.5倍。
三元催化器诊断：
EOBD的报警条件仅为碳氢超过0.4g/km；OBDII报警条件碳氢排放超过FTP限值的1.75倍（LEV&LEV2），或者FTP试验过程中平均碳氢转换效率低于50%，或者NOx排放超过FTP标准的3.5倍（LEV2）；4）EOBD系统只要求诊断燃油蒸发控制电路部分的故障，而OBDII规定应该诊断出燃油蒸发排放系统中任何直径大于0.5mm小孔的泄露。
5）失火诊断的区域不同：
EOBD系统只要求对发动机转速在4500r/min以下的工况进行诊断，并且在发动机启动时不做诊断要求；而OBDII则要求在发动机全工况范围进行诊断，且在发动机启动后诊断立即开始。
（2）重型汽车：
2005年，欧洲对重型汽车实施了欧IV排放法规，首次对型式核准车（机）型提出车载诊断系统（OBD）要求，即OBD1。
2006年10月开始，型式核准车（机）型在OBD1要求的基础上，增加确保NOx措施正确工作的要求；从2007年10月开始，所有销售车辆的OBD系统都必须满足OBD1和NOx控制要求。
至2008年10月，新车型式核准开始实施OBD2和NOx控制要求。
2.2欧盟重型汽车排放控制系统耐久性
（1）耐久性要求：
欧盟指令2005/55/EC对重型汽车排放控制系统耐久性提出要求（里程和时间以先到者为准），见表2-1：
表2-1.欧盟重型汽车排放控制系统耐久性要求
（2）耐久性试验方法：
可选择在道路上进行整车耐久性试验，或在台架上进行发动机耐久性试验。
汽车道路耐久性行驶工况由汽车（或发动机）制造企业根据良好的工程规范确定。
发动机台架耐久性试验工况从汽车道路累积里程耐久性行驶工况转换得到。
该方法与美国重型汽车耐久性试验方法基本相同。
3日本
3.1日本车载诊断（OBD）系统
2005年日本国土交通省自动车交通局技术安全部颁布了“日本2005重型汽车排放法规”，相当于欧IV水平；2009年日本后新长期法规，相当于欧V水平。
日本2000年轻型汽车开始采用Japan-OBD（J-OBD），J-OBD与美国OBDII系统相似。
日本2001年（日本新短期法规）规定了重型汽油车OBD要求及试验方法，经2005年（日本新长期法规）和2009年（日本后新长期法规）两次修订，OBD试验方法没有改变，一直沿用2001年确定的试验方法，即各排放相关的零部件断线检查、燃料系统异常和EGR工作检查试验方法。
日本重型OBD监测部件和系统如下：
1）大气压力传感器；
2）进气压力传感器；
3）进气温度传感器；
4）空气流量传感器；
5）冷却水温传感器；
6）节气门开度传感器；
7）气缸识别传感器；
8）曲轴角度传感器；
9）氧气传感器或空燃比传感器；
10）氧气传感器或空燃比传感器的热电路；
11）点火系统初级线路（配置有检测发动机失火的部件或系统时，不需要进行断路检测）；
12）排气二次空气系统；
13）其他有可能使排放明显增加的部件及系统,断开其它任何与排放有关的、与动力控制电控单元相连部件的电路（如果在所选燃料时起作用）;
14）VVT（可变气门定时）（如装有）。
在该部件或系统的功能不能正常发挥时，发动机起动困难或明显影响运转的部件除外。
15）电控蒸发脱附装置（如装有，并在所选的燃料时起作用）的电路。
16）燃料供给系统（燃料喷射修正量的监测），检测燃料喷射量超过反馈控制范围或偏稀时不能反馈的异常情况；
17）废气再循环（仅能检测出）上述1~15项为所有部件与系统都进行电路的断路检测（或适当的方法）,检测向ECU输入输出的部件是否断路;而16~17项为应能检测运转故障的系统。
日本重型汽油车OBD对与排放相关的零部件监测是比较全面的，但对催化转化器的效率下降、发动机失火和氧传感器劣化等没有提出验证试验要求，其技术水平介于美国OBDI和II之间。
3.2日本重型汽油车（机）车耐久性试验
（1）耐久性要求：
耐久性行驶里程要求为18万公里。
（2）试验方法：
耐久性试验既可在道路上进行汽车行驶试验，也可在发动机台架试验。
进行试验汽车行驶时，在道路或底盘测功机上进行试验；发动机运转时，在发动机测功机上进行试验。
耐久性试验行驶里程至少进行6万公里（1/3耐久性要求行驶里程），可采用线性拟合法计算排放值。
●底盘测功机上的行驶工况模式：
●
底盘测功机耐久性行驶工况如图。
图2-3.日本底盘测功机耐久性行驶工况
●发动机测功机台架运转工况模式：
●
汽车按图2-3工况行驶，测定发动机转速和负荷，并转换为测功机台架上发动机转速和扭矩运转工况。
然后，将得到的各运转工况按其相同的顺序和时间组合后在台架上运转。
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