發(fā)布時(shí)間：2013-01-09
非道路第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)淺析及應(yīng)對(duì)策略
《非道路移動(dòng)機(jī)械用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法》第三階段的標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿已基本完成。該標(biāo)準(zhǔn)與第二階段標(biāo)準(zhǔn)有比較大的差別。本文將詳細(xì)介紹一下本標(biāo)準(zhǔn)與第二階段標(biāo)準(zhǔn)的差異和企業(yè)應(yīng)采取的對(duì)策。
1標(biāo)準(zhǔn)與第二階段標(biāo)準(zhǔn)的差異
1.1加嚴(yán)污染物排放限值
本標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)了污染物的排放限值。19kW以上機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)修改采用了歐盟2004/26/EC中關(guān)于個(gè)功率段耐久性的要求，同事根據(jù)國(guó)內(nèi)情況增加了19kW以下機(jī)型耐久性的控制要求。詳細(xì)要求見表2.
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表2：耐久性時(shí)間要求 |
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壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)功率段 （kW） |
轉(zhuǎn)速 |
有效壽命 （h） |
允許最短實(shí)驗(yàn)時(shí)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(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的必然趨勢(shì)，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(yàn)，才能更好的保證車輛在更長(zhǎng)的使用時(shí)間內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放狀況一直是滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的，有效避免了車輛運(yùn)行一段時(shí)間，發(fā)動(dòng)機(jī)排放劣化的現(xiàn)象，真正的保護(hù)了環(huán)境，并能提高企業(yè)對(duì)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(dòng)機(jī)械用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)Ⅲ階段，排放技術(shù)水平基本等同于車用機(jī)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(biāo)準(zhǔn)來看，對(duì)燃油也提出了更高的要求，考慮到壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放水平的進(jìn)一步提高，參考?xì)W美標(biāo)準(zhǔn)，擬采用GB252-2011普通柴油標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)要求的基準(zhǔn)燃油的主要技術(shù)參數(shù)見表3.
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表3：基準(zhǔn)燃油主要技術(shù)參數(shù) |
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參數(shù) |
單位 |
限值 |
試驗(yàn)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(duì)策
發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)可行性及成本分析
從市場(chǎng)調(diào)研和部分試驗(yàn)的情況看，要達(dá)到本標(biāo)準(zhǔn)制訂的第Ⅲ階段排放限值，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)還有大量的工作要做。在濟(jì)南汽車檢測(cè)中心試驗(yàn)室臺(tái)架上，我們選擇了一批能夠滿足本標(biāo)準(zhǔn)要求的機(jī)型和具備滿足本標(biāo)準(zhǔn)潛力的機(jī)型進(jìn)行了大量的摸底試驗(yàn)，下面分別介紹一下各功率段達(dá)標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)及成本。
2.1 對(duì)最大凈功率130≤Pmax≤560kW的發(fā)動(dòng)機(jī)
對(duì)于130≤Pmax≤560kW的發(fā)動(dòng)機(jī)，要滿足本標(biāo)準(zhǔn)的排放限值要求，需要采用共軌、單體泵等車用機(jī)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(biāo)準(zhǔn)要求。這類機(jī)型主要由車用發(fā)動(dòng)機(jī)的企業(yè)提供，企業(yè)已經(jīng)具有相對(duì)成熟的排放控制技術(shù)，技術(shù)不存在問題，對(duì)達(dá)到本標(biāo)準(zhǔn)的要求沒有技術(shù)難度。雖然壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)成本增加2000~5000元/臺(tái)，約占總成本的10%~15%左右，但該部分機(jī)型利潤(rùn)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(cè)試了6臺(tái)不同配置的發(fā)動(dòng)機(jī)，從測(cè)試的結(jié)果看，基于本標(biāo)準(zhǔn)的排放限值，1#、2#機(jī)型都采用了機(jī)械泵、增壓中冷技術(shù)，NOX+THC超標(biāo)，3#、4#、5#、6#機(jī)型全部為高壓共軌、增壓中冷機(jī)型，能夠滿足本標(biāo)準(zhǔn)要求。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見圖1.
2.2 對(duì)于最大凈功率37≤Pmax＜130kW的發(fā)動(dòng)機(jī)
對(duì)于75≤Pmax＜130kW和37≤Pmax＜75kW功率段的發(fā)動(dòng)機(jī)，主要為大、中型農(nóng)機(jī)、叉車、挖掘機(jī)等配套，大部分機(jī)型采用自吸，個(gè)別機(jī)型采用增壓或增壓中冷，部分出口機(jī)型采用渦流室、增壓或增壓中冷。由于該功率段國(guó)內(nèi)的主要農(nóng)機(jī)企業(yè)努力開拓國(guó)外市場(chǎng)，為了滿足國(guó)外排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)在排放控制上已經(jīng)做了很多投入。
（1） 對(duì)自然吸氣機(jī)型進(jìn)行改進(jìn)，采用增壓或增壓中冷技術(shù)。增壓器成本增加約1000元/臺(tái)。
（2） 部分增壓機(jī)型排放情況接近標(biāo)準(zhǔn)限值要求的，可以通過調(diào)整提前角來達(dá)到要求，所帶來的問題是油耗大約增加10%左右。
（3）對(duì)部分增壓機(jī)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(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況的特殊性，在工作的時(shí)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(duì)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(huì)稍微增加NOX的排放量，這時(shí)采用強(qiáng)制風(fēng)冷情況會(huì)好一些，但會(huì)消耗一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率。水-空中冷器成本約增加1000~2000元/臺(tái)。
（4）采用EGR技術(shù)，EGR機(jī)內(nèi)凈化措施成本約600~800元/臺(tái)。
75≤Pmax＜130kW功率段共測(cè)試了5臺(tái)不同配置的發(fā)動(dòng)機(jī)，從測(cè)試的結(jié)果看，基于本標(biāo)準(zhǔn)的排放限值，4#機(jī)型采用機(jī)械泵、增壓技術(shù)，5#機(jī)型采用機(jī)械泵、增壓中冷技術(shù)，其NOX+THC超標(biāo)。1#、2#機(jī)型采用增壓中冷技術(shù)，3#機(jī)型為增壓中冷、高壓共軌技術(shù)。測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見圖2.
37≤Pmax＜75kW功率段共測(cè)試了5臺(tái)不同配置的發(fā)動(dòng)機(jī)，從測(cè)試的結(jié)果看，基于本標(biāo)準(zhǔn)的排放限值，2#、3#機(jī)型為自吸、機(jī)械泵NOX+THC超標(biāo)，1#機(jī)型采用機(jī)械泵、增壓中冷技術(shù)，4#機(jī)型采用機(jī)械泵、增壓技術(shù)，5#機(jī)型為自吸、渦流室。
測(cè)試是數(shù)據(jù)見圖3.
2.3對(duì)于最大凈功率19≤Pmax＜37kW的發(fā)動(dòng)機(jī)，主要為小型工程機(jī)械、小型農(nóng)業(yè)機(jī)械和小型拖拉機(jī)等配套，GB20891-2007標(biāo)準(zhǔn)在制定的過程中，充分考慮了小功率壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)型。但該部分機(jī)型因?yàn)榘糠謫胃讬C(jī)，由于技術(shù)應(yīng)用的問題，滿足標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)。
該動(dòng)率段共測(cè)試了7臺(tái)不同配置的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，從普測(cè)的結(jié)果看，基于本標(biāo)準(zhǔn)的排放限值，1#、5#、6#、7#為機(jī)械泵、直噴機(jī)型，其中1#、5#NOX+THC超標(biāo)。其余機(jī)型都是機(jī)械泵、自吸、渦流室。測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見圖4.
2.4對(duì)于最大凈功率Pmax＜19kW的發(fā)動(dòng)機(jī)
對(duì)于8≤Pmax＜19kW和0≤Pmax＜8kW的發(fā)動(dòng)機(jī)，該功率段發(fā)動(dòng)機(jī)主要是為拖拉機(jī)、場(chǎng)院機(jī)械、水泵、空壓機(jī)和農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械配套的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)。功率段有部分出口機(jī)型，采用臥式、渦流室，高噴油壓力、DOC等改進(jìn)措施，排放情況較好，能夠滿足本標(biāo)準(zhǔn)的要求，但成本增加約20%~30%。
綜上分析，我們認(rèn)為針對(duì)各功率段機(jī)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(jī)型 |
采用技術(shù) |
占整機(jī)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(jì)新機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)要求的多個(gè)機(jī)型，另一些企業(yè)缺少對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的理解、跟進(jìn)，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(jì)
