發(fā)布時間：2013-01-09
非道路第三階段排放標準淺析及應(yīng)對策略
《非道路移動機械用壓燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值及測量方法》第三階段的標準征求意見稿已基本完成。該標準與第二階段標準有比較大的差別。本文將詳細介紹一下本標準與第二階段標準的差異和企業(yè)應(yīng)采取的對策。
1標準與第二階段標準的差異
1.1加嚴污染物排放限值
本標準加嚴了污染物的排放限值。19kW以上機型污染物排放限值采用歐盟2004/26/EC IIIA階段的限值要求,19kW以下機型采用EPA CFR PART89 Tier2階段限值要求。見表1
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表1：各功率段污染物限值 |
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額定凈功率 （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 |
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75≤Pmax≤130 |
5.0 |
4.0 |
0.3 |
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37≤Pmax≤75 |
5.0 |
4.7 |
0.4 |
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19≤Pmax≤37 |
5.5 |
7.5 |
0.6 |
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8≤Pmax≤19 |
6.6 |
7.5 |
0.8 |
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Pmax＜8 |
8.0 |
7.5 |
0.8 |
1.2 增加了耐久性的技術(shù)要求
本標準修改采用了歐盟2004/26/EC中關(guān)于個功率段耐久性的要求，同事根據(jù)國內(nèi)情況增加了19kW以下機型耐久性的控制要求。詳細要求見表2.
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表2：耐久性時間要求 |
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壓燃式發(fā)動機功率段 （kW） |
轉(zhuǎn)速 |
有效壽命 （h） |
允許最短實驗時間 （h） |
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Pmax≥37 |
任何轉(zhuǎn)速 |
8000 |
2000 |
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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 |
任何轉(zhuǎn)速 |
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耐久性要求，是發(fā)動機排放標準發(fā)展的必然趨勢，目前重型柴油車、輕型柴油車都有耐久性的要求。只有通過耐久性試驗，才能更好的保證車輛在更長的使用時間內(nèi)，發(fā)動機的排放狀況一直是滿足相關(guān)標準要求的，有效避免了車輛運行一段時間，發(fā)動機排放劣化的現(xiàn)象，真正的保護了環(huán)境，并能提高企業(yè)對自己產(chǎn)品的質(zhì)量要求，有利于行業(yè)的健康發(fā)展。
1.3 油品的變化
非道路移動機械用壓燃式發(fā)動機Ⅲ階段，排放技術(shù)水平基本等同于車用機第Ⅲ階段，它們采用了很多相同的技術(shù)，例如高壓共軌、電控EGR等這些技術(shù)要求質(zhì)量更好品質(zhì)的燃油，例如燃油中雜質(zhì)、硫含量等都需要大幅降低。從歐美相應(yīng)階段排放標準來看，對燃油也提出了更高的要求，考慮到壓燃式發(fā)動機排放水平的進一步提高，參考歐美標準，擬采用GB252-2011普通柴油標準的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容。本標準要求的基準燃油的主要技術(shù)參數(shù)見表3.
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表3：基準燃油主要技術(shù)參數(shù) |
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參數(shù) |
單位 |
限值 |
試驗辦法 |
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最小 |
最大 |
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十六烷值 |
-- |
45 |
-- |
GB/T 386 |
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Kg/m3 |
825 |
840 |
GB/T 1884和GB/T 1885 |
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多環(huán)芳香烴 |
%m/m |
3 |
11 |
SH/T 0606 |
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硫含量 |
Mg/kg |
-- |
350 |
GB/T380 |
2 企業(yè)采取的對策
發(fā)動機技術(shù)可行性及成本分析
從市場調(diào)研和部分試驗的情況看，要達到本標準制訂的第Ⅲ階段排放限值，發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)還有大量的工作要做。在濟南汽車檢測中心試驗室臺架上，我們選擇了一批能夠滿足本標準要求的機型和具備滿足本標準潛力的機型進行了大量的摸底試驗，下面分別介紹一下各功率段達標發(fā)動機的主要技術(shù)及成本。
2.1 對最大凈功率130≤Pmax≤560kW的發(fā)動機
對于130≤Pmax≤560kW的發(fā)動機，要滿足本標準的排放限值要求，需要采用共軌、單體泵等車用機第三階段的技術(shù)，傳統(tǒng)的增壓或增壓中冷技術(shù)，已經(jīng)不能滿足本標準要求。這類機型主要由車用發(fā)動機的企業(yè)提供，企業(yè)已經(jīng)具有相對成熟的排放控制技術(shù)，技術(shù)不存在問題，對達到本標準的要求沒有技術(shù)難度。雖然壓燃式發(fā)動機成本增加2000~5000元/臺，約占總成本的10%~15%左右，但該部分機型利潤大，能夠在產(chǎn)品銷售、產(chǎn)量增加等過程中慢慢消化吸收。
該功率段共測試了6臺不同配置的發(fā)動機，從測試的結(jié)果看，基于本標準的排放限值，1#、2#機型都采用了機械泵、增壓中冷技術(shù)，NOX+THC超標，3#、4#、5#、6#機型全部為高壓共軌、增壓中冷機型，能夠滿足本標準要求。數(shù)據(jù)統(tǒng)計見圖1.
2.2 對于最大凈功率37≤Pmax＜130kW的發(fā)動機
對于75≤Pmax＜130kW和37≤Pmax＜75kW功率段的發(fā)動機，主要為大、中型農(nóng)機、叉車、挖掘機等配套，大部分機型采用自吸，個別機型采用增壓或增壓中冷，部分出口機型采用渦流室、增壓或增壓中冷。由于該功率段國內(nèi)的主要農(nóng)機企業(yè)努力開拓國外市場，為了滿足國外排放標準的要求，發(fā)動機企業(yè)在排放控制上已經(jīng)做了很多投入。
（1） 對自然吸氣機型進行改進，采用增壓或增壓中冷技術(shù)。增壓器成本增加約1000元/臺。
（2） 部分增壓機型排放情況接近標準限值要求的，可以通過調(diào)整提前角來達到要求，所帶來的問題是油耗大約增加10%左右。
（3）對部分增壓機型排放情況離限值差距較大的，可以通過采用中冷技術(shù)來解決，由于非道路工程機械發(fā)動機工作狀況的特殊性，在工作的時候沒有迎面風(fēng)，所以一般情況下采用水-空中冷器，但水-空中冷器對改變NOX的排放程度很有限，在有些情況下，非但不能降低排放，反而會稍微增加NOX的排放量，這時采用強制風(fēng)冷情況會好一些，但會消耗一部分發(fā)動機功率。水-空中冷器成本約增加1000~2000元/臺。
（4）采用EGR技術(shù)，EGR機內(nèi)凈化措施成本約600~800元/臺。
75≤Pmax＜130kW功率段共測試了5臺不同配置的發(fā)動機，從測試的結(jié)果看，基于本標準的排放限值，4#機型采用機械泵、增壓技術(shù)，5#機型采用機械泵、增壓中冷技術(shù)，其NOX+THC超標。1#、2#機型采用增壓中冷技術(shù)，3#機型為增壓中冷、高壓共軌技術(shù)。測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計見圖2.
37≤Pmax＜75kW功率段共測試了5臺不同配置的發(fā)動機，從測試的結(jié)果看，基于本標準的排放限值，2#、3#機型為自吸、機械泵NOX+THC超標，1#機型采用機械泵、增壓中冷技術(shù)，4#機型采用機械泵、增壓技術(shù)，5#機型為自吸、渦流室。
測試是數(shù)據(jù)見圖3.
2.3對于最大凈功率19≤Pmax＜37kW的發(fā)動機，主要為小型工程機械、小型農(nóng)業(yè)機械和小型拖拉機等配套，GB20891-2007標準在制定的過程中，充分考慮了小功率壓燃式發(fā)動機的現(xiàn)狀，采用了歐美第Ⅰ階段的排放限值，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，我們已經(jīng)具有了大量滿足歐美第Ⅱ階段限值要求的機型。但該部分機型因為包含部分單缸機，由于技術(shù)應(yīng)用的問題，滿足標準要求難度很大，建議企業(yè)該功率段提升為小缸徑多缸壓燃式發(fā)動機。
該動率段共測試了7臺不同配置的多缸發(fā)動機，從普測的結(jié)果看，基于本標準的排放限值，1#、5#、6#、7#為機械泵、直噴機型，其中1#、5#NOX+THC超標。其余機型都是機械泵、自吸、渦流室。測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計見圖4.
2.4對于最大凈功率Pmax＜19kW的發(fā)動機
對于8≤Pmax＜19kW和0≤Pmax＜8kW的發(fā)動機，該功率段發(fā)動機主要是為拖拉機、場院機械、水泵、空壓機和農(nóng)副產(chǎn)品加工機械配套的單缸發(fā)動機。功率段有部分出口機型，采用臥式、渦流室，高噴油壓力、DOC等改進措施，排放情況較好，能夠滿足本標準的要求，但成本增加約20%~30%。
綜上分析，我們認為針對各功率段機型，排放控制技術(shù)是可行的，成本的增加在可以接受的范圍內(nèi)。見表4.
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表4：各功率段污染物限值 |
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機型 |
采用技術(shù) |
占整機比例成本 |
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130≤Pmax≤560kW |
共軌，增壓中冷、EGR等 |
10%~15% |
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75≤Pmax＜130 kW |
增壓中冷、EGR等 |
10%左右 |
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19≤Pmax＜37 kW |
提高油泵、油嘴噴油壓力、渦流室、增壓中冷等 |
10%~15% |
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Pmax＜19 kW |
重新設(shè)計新機型、提高油泵、油嘴噴油壓力、渦流室等 |
20%~30% |
3總結(jié)與展望
從非道路第三階段標準來看，各企業(yè)面臨的壓力各不相同，有些企業(yè)早已具備了滿足該標準要求的多個機型，另一些企業(yè)缺少對國內(nèi)相關(guān)標準的理解、跟進，導(dǎo)致目前新產(chǎn)品的研發(fā)遲遲出不來。企業(yè)應(yīng)該加大研發(fā)力度，逐步提高自身產(chǎn)品質(zhì)量，才能在以后企業(yè)發(fā)展過程中立于不敗之地。
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統(tǒng)計
