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工程机械用柴油机排放标准分析摘要：柴油机以其热效率高、油耗低、扭矩特性好、可靠性高、使用寿命长、运行成本低等优点,在工程机械中得到广泛使用。
作为非道路用发动机的主体,工程机械柴油机的排放污染不容忽视。
近年来，在道路机动车排放收紧控制的同时，非道路移动机械的污染日益严重，有必要进一步提高非道路移动机械的污染物排放控制水平，以减轻由于此类机械设备保有量和使用量的不断增长给环境带来的压力，早日实现环境空气质量改善目标。
关键词：工程机械；柴油机；排放标准导言柴油机是工程机械广泛使用的原动力,为了有效控制其尾气污染,发达国家对非公路发动机的排放控制制定了严格的标准。
我国在这方面起步较晚,但在北京等重点城市已经开始关注并治理工程机械排放的污染问题。
为了实现达标排放,经过近十余年来的研究与开发,大量新技术已应用于柴油发动机的排放控制,为环保型工程机械的发展奠定了可靠的技术基础;并为施工部门提供了可供选择的排放清洁、节省能源的工程机械。
1、国外排放法规现状目前全球的排放法规有日本、欧洲、美国三大体系。
这三个体系的要求和试验方法虽不相同，但对于控制的有害成分（CO、HC、ＮＯｘ、ＰＭ）是一样的。
随着社会的进步，这三大体系在非道路用设备上，通过协调已经有了统一的趋势，并且开始修改标准相互包容。
由于各国发展水平不同，执行标准时间有着较大的差别，设备制造企业必须注意这些国家和地区的要求。
设备的使用者也必须注意在选择这些设备和使用地点时是否满足这些要求？否则将会遇到麻烦。
2、我国非道路用发动机的排放标准2.1我国非道路用发动机排放普查工作和标准起草工作已启动多年，由于太多的发动机厂不能达标，使得国标无法出台，仅在1999年发布了一个行业标准JB8891-1999，这个排放标准是一个过渡标准，到2002 年达到相当于欧洲 0准备阶段水平，由于种种原因实际上基本没有执行。
可喜的是北京地区非道路用发动机排放标准DB11/2003，已于2003年颁布并执行，它为国家标准的出台做好了准备。
第22卷 第1期石家庄铁道学院学报(自然科学版)Vol .22 No .12009年3月JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE (NATURAL SCIENCE )Mar .2009工程机械柴油机的排放标准与控制技术郭红琦(中铁二十局集团有限公司,陕西西安 710016) 摘要:柴油机是工程机械广泛使用的原动力,为了有效控制其尾气污染,发达国家对非公路发动机的排放控制制定了严格的标准。
我国在这方面起步较晚,但在北京等重点城市已经开始关注并治理工程机械排放的污染问题。
为了实现达标排放,经过近十余年来的研究与开发,大量新技术已应用于柴油发动机的排放控制,为环保型工程机械的发展奠定了可靠的技术基础;并为施工部门提供了可供选择的排放清洁、节省能源的工程机械。
关键词:柴油机;排放标准;技术措施中图分类号:X652 文献标识码:A 文章编号:167420300(2009)0120092204收稿日期:2008212211作者简介:郭红琦 男 1954年出生 高级工程师1 引言柴油机以其热效率高、油耗低、扭矩特性好、可靠性高、使用寿命长、运行成本低等优点,在工程机械中得到广泛使用。
作为非道路用发动机的主体,工程机械柴油机的排放污染不容忽视。
以美国为例,非道路用柴油机每年排放的氮氧化合物(NO x )、一氧化碳(CO )、碳氢化合物(HC )和颗粒物(P M )等有害物质的总量几乎相当于其道路用车的年排放总量[1]。
我国目前对此类污染还没有监测手段,无法给出统计数字,但对此问题的认识已有长足的进步。
随着人类对环境的日益重视,消除柴油机的尾气污染已成为社会关注的重大问题。
随着发达国家对非公路发动机的排放控制标准日趋严格,我国必将跟随世界前进的脚步,尽快承担起工程机械需要环保的责任。
2 非公路用发动机的排放标准目前世界上非道路用机动设备排放标准以美国和欧盟的标准最具代表性。
工程机械发动机国三标准真的来了
在节能减排的大环境下，不仅对家庭轿车排放标准日益严苛，对非道路移动机械车辆的排放也日益提高了。
2014年10月1日起，针对非道路移动机械柴油机的减排新标准———《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法(中国第三、四阶段)》。
标准要求，凡进行排气污染物排放型式核准的非道路移动机械用柴油机今后都必须符合标准第三阶段要求。
显而易见的是，新标准的实施会要求生产企业对现有技术的提升。
在我国，目前国三标准工程机械发动机已经成熟，像潍柴、上柴、东风康明斯等都在市场上有不错的表现。
比较有代表性的就是东风康明斯QSB、QSC、QSL、QSZ系列发动机。
东风汽车股份公司与康明斯公司以50:50比例建立的合资公司，设计和制造康明斯80—680马力发动机。
▲QSB系列▲QSC系列
对于日益严重的环境问题，国家也在积极努力解决问题，同时也需要生产商和广大群众的支持，共建良好的生存环境，是每个人的责任。
据悉2016年4月1日起，停止制造、进口和销售装用第二阶段柴油机的非道路移动机械，所有制造、进口和销售的非道路移动机械应装用符合该标准第三阶段要求的柴油机。
国二到国三用了9年时间，那么国四标准会在什么时候实施？不过从全国范围来看，符合该标准第四阶段标准的柴油供应时间尚不能确定，因此标准中无法规定第四阶段全国实施的时间。
工程机械发动机排放标准
工程机械发动机的排放标准分为国三和国四。
国三排放标准中，柴油机排放的HC不得超过0.18g/kW·h，汽油机排放的HC 不得超过0.19g/kW·h。
同时，柴油机排放的CO不得超过0.30g/kW·h，汽油机排放的CO不得超过0.35g/kW·h。
国四排放标准中，所有生产、进口和销售的560kW以下（含560kW）非道路移动机械及其装用的柴油机应符合国四标准。
具体对HC和CO的排放数值要求是，柴油机排放的HC不得超过0.1g/kW·h，汽油机排放的HC不得超过0.15g/kW·h。
同时，柴油机排放的CO不得超过0.25g/kW·h，汽油机排放的CO不得超过0.35g/kW·h。
柴油机排放的废气中包含有气态、液态及固态的污染物。
气态污染物中含有CO2、CO、H2、NOx、SO2、HC、氧化物，有机氮化物及含硫混合物等；液态污染物中含有H2SO4、HC、氧化物等；固态污染物有碳、金属、无机氧化物、硫酸盐，以及多环芳烃(PAH)和醛等碳氢化合物。
上述污染物中，最主要的是CO、HC、NOx以及固体微粒(PM)。
CO是柴油不完全燃烧产生的无色无味气体；HC也是柴油不完全燃烧和气缸壁淬冷的产物；NOx是NO2与NO的总称，它们都是在燃烧时空气过量、温度过高而生成的氮气燃烧产物，NO在空气中即被氧化成NO2，NO2呈红褐色并有强烈气味；PM是所排气体中可见污染物，它是由柴油燃烧中裂解的碳(干烟灰)、未燃碳氢化合物、机油与柴油在燃烧时生成的硫酸盐等组成的微粒，也就是我们常见的由排气管冒出的黑烟。
相对汽油机而言，柴油机的CO和HC排放量较少，主要排放的污染物是NOx和PM。
CO通过呼吸道进入人体后，会同血红蛋白结合，破坏血液中的氧交换机制，使人缺氧而损害中枢神经，引起头痛、呕吐、昏迷和痴呆等后果，严重时会造成CO中毒。
HC中含有许多致癌物质，长期接触会诱发肺癌、胃癌和皮肤癌。
NO2刺激人眼黏膜，引起结膜炎、角膜炎，吸入肺脏还会引起肺炎和肺水肿。
HC和NOx在阳光强烈时的紫外线照射下，会产生光化学烟雾，使人呼吸困难、植物枯黄落叶、加速橡胶制品与建筑物的老化。
PM被吸入人体后会引起气喘、支气管炎及肺气肿等慢性病；在碳烟微粒上吸附的PAH 等有机物，更是极有害的致癌物。
2、柴油机的排放标准为了控制废弃污染，许多国家都制订了相应的环保法规和排放污染物防治的技术政策，以及控制排放污染物限制的技术监督标准。
欧盟柴油机稳态试验(试验程序ESC)时的排放标准如附表所示。
我国已于2000年实施了“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法(GB17691-1999)”、“压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆可见污染物限制及测试方法(GB3847-1999)”等排放标准。
柴油机排放的环境保护赖可坚邹颂宇田少民工程机械对环境的阻碍要紧有三：一是柴油机的废气排放物对大气的污染；二是噪声对人居环境的污染；三是废油、废水对土壤或地表水的污染。
其中，尤以废气排放对人类健康的危害最大。
1、废气中的污染物及其危害柴油机排放的废气中包含有气态、液态及固态的污染物。
气态污染物中含有CO2、CO、H2、NOx、SO2、HC、氧化物，有机氮化物及含硫混合物等；液态污染物中含有H2SO4、HC、氧化物等；固态污染物有碳、金属、无机氧化物、硫酸盐，以及多环芳烃(PAH)和醛等碳氢化合物。
上述污染物中，最要紧的是CO、HC、NOx以及固体微粒(PM)。
CO 是柴油不完全燃烧产生的无色无味气体；HC也是柴油不完全燃烧和气缸壁淬冷的产物；NOx是NO2与NO的总称，它们差不多上在燃烧时空气过量、温度过高而生成的氮气燃烧产物，NO在空气中即被氧化成NO2，NO2呈红褐色并有强烈气味；PM是所排气体中可见污染物，它是由柴油燃烧中裂解的碳(干烟灰)、未燃碳氢化合物、机油与柴油在燃烧时生成的硫酸盐等组成的微粒，也确实是我们常见的由排气管冒出的黑烟。
相对汽油机而言，柴油机的CO和HC排放量较少，要紧排放的污染物是NOx和PM。
CO通过呼吸道进入人体后，会同血红蛋白结合，破坏血液中的氧交换机制，使人缺氧而损害中枢神经，引起头痛、呕吐、昏迷和痴呆等后果，严峻时会造成CO中毒。
HC中含有许多致癌物质，长期接触会诱发肺癌、胃癌和皮肤癌。
NO2刺激人眼黏膜，引起结膜炎、角膜炎，吸入肺脏还会引起肺炎和肺水肿。
HC和NOx在阳光强烈时的紫外线照耀下，会产生光化学烟雾，使人呼吸困难、植物枯黄落叶、加速橡胶制品与建筑物的老化。
PM被吸入人体后会引起气喘、支气管炎及肺气肿等慢性病；在碳烟微粒上吸附的PAH等有机物，更是极有害的致癌物。
2、柴油机的排放标准为了操纵废弃污染，许多国家都制订了相应的环保法规和排放污染物防治的技术政策，以及操纵排放污染物限制的技术监督标准。
柴油发电机组排放标准柴油发电机组是一种常用的发电设备，它们广泛应用于许多行业和领域。
然而，柴油发电机组的排放物可能对环境和人体健康造成负面影响。
因此，各国纷纷制定了相应的排放标准，以控制柴油发电机组的排放。
1. 排放标准的背景柴油发电机组燃烧柴油燃料产生排放物，其中包括氧化物、颗粒物、氮氧化物和一氧化碳等有害物质。
这些排放物会对空气质量和人体健康造成危害，如空气污染和呼吸系统疾病。
为了减少柴油发电机组的排放对环境和人体的影响，各国制定了相应的排放标准。
这些标准通常涵盖了柴油发动机的设计、燃料要求和排放限值等方面。
2. 国际排放标准在全球范围内，国际海事组织（IMO）和环境保护署（EPA）等机构制定了柴油发电机组的排放标准。
这些标准包括了船舶和非道路机械设备等各类柴油发电机组。
其中，IMO的排放标准主要针对船舶柴油发电机组，该标准被称为“IMO Tier”。
IMO Tier标准分为Tier I至Tier IV，每个阶段都有相应的排放限值要求。
随着Tier的递增，排放限值越来越严格，将有助于减少柴油发电机组的氮氧化物和颗粒物排放。
EPA则制定了用于非道路柴油发电机组的排放标准，该标准被称为“EPA Tier”。
EPA Tier标准也分为四个阶段，与IMO Tier类似，递增的排放限值有助于减少柴油发电机组的有害排放物。
3. 中国的排放标准中国是世界上柴油发电机组使用最广泛的国家之一，对柴油发电机组排放的控制非常重视。
中国环境保护部（现已并入生态环境部）颁布了《非道路移动机械柴油机排气烟度限值及测量方法》（GB 20891-2014），该标准规定了非道路柴油发电机组的排放限值和测量方法。
根据GB 20891-2014标准，非道路柴油发动机的排放限值按照不同类型和功率进行分类。
不同级别的发动机需要满足不同的排放限值要求，同时还要进行相应的排放测量和监控。
此外，中国还参考了欧盟(EU)、美国（EPA）等地的标准，推出了国家非道路移动机械柴油机排放限值第二阶段（国三）和第三阶段（国四）等更为严格的标准，以更好地控制柴油发电机组的排放。
工程机械用柴油机排放标准分析
发表时间：2017-07-24T16:24:08.407Z 来源：《基层建设》2017年第9期作者：殷江
[导读] 摘要：柴油机以其热效率高、油耗低、扭矩特性好、可靠性高、使用寿命长、运行成本低等优点,在工程机械中得到广泛使用。
天津市机动车排污检控中心天津 300191
摘要：柴油机以其热效率高、油耗低、扭矩特性好、可靠性高、使用寿命长、运行成本低等优点,在工程机械中得到广泛使用。
作为非道路用发动机的主体,工程机械柴油机的排放污染不容忽视。
近年来，在道路机动车排放收紧控制的同时，非道路移动机械的污染日益严重，有必要进一步提高非道路移动机械的污染物排放控制水平，以减轻由于此类机械设备保有量和使用量的不断增长给环境带来的压力，早日实现环境空气质量改善目标。
关键词：工程机械；柴油机；排放标准
导言
柴油机是工程机械广泛使用的原动力,为了有效控制其尾气污染,发达国家对非公路发动机的排放控制制定了严格的标准。
我国在这方面起步较晚,但在北京等重点城市已经开始关注并治理工程机械排放的污染问题。
为了实现达标排放,经过近十余年来的研究与开发,大量新技术已应用于柴油发动机的排放控制,为环保型工程机械的发展奠定了可靠的技术基础;并为施工部门提供了可供选择的排放清洁、节省能源的工程机械。
1、国外排放法规现状
目前全球的排放法规有日本、欧洲、美国三大体系。
这三个体系的要求和试验方法虽不相同，但对于控制的有害成分（CO、HC、ＮＯｘ、ＰＭ）是一样的。
随着社会的进步，这三大体系在非道路用设备上，通过协调已经有了统一的趋势，并且开始修改标准相互包容。
由于各国发展水平不同，执行标准时间有着较大的差别，设备制造企业必须注意这些国家和地区的要求。
设备的使用者也必须注意在选择这些设备和使用地点时是否满足这些要求？否则将会遇到麻烦。
2、我国非道路用发动机的排放标准
2.1我国非道路用发动机排放普查工作和标准起草工作已启动多年，由于太多的发动机厂不能达标，使得国标无法出台，仅在1999年发布了一个行业标准JB8891-1999，这个排放标准是一个过渡标准，到2002 年达到相当于欧洲 0准备阶段水平，由于种种原因实际上基本没有执行。
可喜的是北京地区非道路用发动机排放标准DB11/2003，已于2003年颁布并执行，它为国家标准的出台做好了准备。
从这个标准我们可以看到，它与欧洲标准的限值基本一样，只是在执行时间上晚几年。
这为我国的产品走向世界与国际接轨做好了技术准备。
不能满足欧洲 -号的非道路用的柴油机及其设备将不能进入北京地区销售和使用，这对于落后的产品无疑是一个沉重打击。
2.2我国于2007年发布了非道路第一阶段和第二阶段排放标准，现阶段执行的是GB 20891-2014《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（中国第三、四阶段）》中的中国第三阶段（以下简称非道路国Ⅲ标准），自2016年4月1日起，所有制造、进口和销售的非道路移动机械不得装用不符合非道路国Ⅲ标准要求的柴油机。
其中农用与工程机械，根据近期环保部公告，延至2016年12月1日，即2016年12月1 日起，所有制造、进口和销售的农用与工程机械不得装用不符合非道路国Ⅲ标准要求的柴油机。
第四阶段尚未确定生效日期，鼓励有条件的地区提前实施。
3、非道路国Ⅲ标准的特点
非道路国Ⅲ标准特点相比第二阶段，非道路国Ⅲ标准具有如下特点：
3.1加严了污染物排放限值。
不论是道路车辆还是非道路车辆，其所带来的污染是基本相同的，主要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 CO、HC、NOx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、使支气管炎及呼吸困难的发病率升高、肺功能下降。
第三阶段，增加了560 k W 以上柴油机的控制要求，560 k W 以上的柴油机主要应用于大型矿山机械、发电机组等，虽然数量较少，但考虑到污染物总量减排的需要，也应对其进行控制。
从第二阶段过渡到第三阶段，主要是加严了HC+NOx的控制要求，而 CO和PM 的限值，在37 k W 以下的柴油机上有所加严，37 k W 以上各功率段的柴油机限值没有变化。
3.2增加了新的术语和定义。
所增加的新术语和定义如下：试验循环（test cycle）：指柴油机在稳态工况或瞬态工况（NRTC试验）下按照规定的转速和扭矩进行试验的程序。
NRTC 试验（non-road transient cycle）：此为第四阶段标准相关术语，指按非道路国Ⅲ标准中附件BE规定，包含1 238个逐秒变换工况的试验循环。
基准转速nref（reference speed）：此为第四阶段标准相关术语，指按照GB 17691-2005 标准附件BB中所述的，NRTC试验相对转速100%点所对应的实际转速值。
有效寿命（useful life）：指保证非道路移动机械用柴油机及其排放控制系统（如有）的正常运转并符合有关气态污染物和颗粒物排放限值，且已在型式核准时给予确认的使用时间。
替换用柴油机（replacement diesel engine）：指仅以更换部件为用途的非道路移动机械用新柴油机。
替换用柴油机应满足被替换柴油机制造当时的排放要求。
3.3增加了耐久性要求。
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要求。
通过耐久性要求，更好地保证车辆在更长的使用时间内，发动机的排放状况一直满足相关标准要求，有效避免了由于排放控制部件严重劣化造成排放过高的现象，真正保护了环境，并能提高企业对自己产品的质量要求，有利于企业的健康发展。
因此，本标准增加了耐久性要求，其耐久性的最短运行时间或者等效运行时间不低于规定的柴油机有效寿命的25%，并确定劣化系数或劣化修正值。
排气污染物的比排放量，乘以按照非道路国Ⅲ标准中附件 BD.2.9 条所确定的劣化系数（安装排气后处理系统的柴油机），或加上按照非道路国Ⅲ标准中附件 BD.2.10 条所确定的劣化修正值（未安装排气后处理系统的柴油机），结果都不应超出规定的限值。
3.4优化了一致性检查的判定方法。
型式核准主管部门在生产一致性抽查时可以选择如下方法和判定准则：从批量生产的柴油机中随机抽取 3 台样机，制造企业不得对抽样后用于检验的柴油机进行任何调整，但可以按照制造企业的技术规范进行磨合。
若抽取的3 台柴油机各种污染物比排放量结果均不超过非道路国Ⅲ标准第5 条规定限值的1.1 倍，且平均值不超过限值，则判定环保一致性检查合格。
若3 台样机中有任一台样机的某种污染物比排放量超过限值的1.1 倍，或平均值超过限值，则判定环保一致性检查不合格。
3.5增加了催化转化器的要求。
对于装用含有贵金属催化转化器的柴油机，试验前，制造厂家应单独提供两套相同的催化转化器，型式核准主管部门应任选一套进行耐久性试验；另一套按HJ509-2009的规定检测其载体体积及各贵金属含量[4]，测量值不应表 2 耐久性时间要
求柴油机功率/k W 转速/（r•min-1）有效寿命/h允许最短试验时间/hPmax≥37 任何转速 8 000 2 00019≤Pmax< 37非恒速5 000 1 250恒速
<3 000恒速≥3 0003 000 750Pmax< 19 任何转速第5 期高于制造厂家申报值的1.1 倍。
并且提出了一致性检查的要求：从装配线上或批量产品中随机抽取3 套催化转化器，按照HJ509-2009的规定，对抽取的催化转化器检测其载体体积及各贵金属含量。
催化转化器生产一致性的判定准则：
若被测的3 套催化转化器的载体体积及各金属含量的测量结果均不低于申报值的0.85倍，且其平均值不低于申报值的0.9 倍，则判定催化转化器的生产一致性检查合格。
若被测的3 套催化转化器中有任一套的载体体积或某一贵金属的测量结果低于申报值的0.85倍，或其平均值低于申报值的0.9倍，则判定催化转化器的生产一致性检查不合格。
3.6修订了试验用基准柴油的技术要求。
随着标准限值的提高，发动机需要采用更先进的排放控制技术，如高压共轨、柴油氧化型催化器（DOC）、单体泵、废气再循环（EGR）等，这些技术对燃油品质提出了更高的要求，如果硫含量过高，会生成大量的硫酸盐，加速燃油系统的磨损，甚至造成喷油器阻塞，影响燃油系统的正常工作。
硫含量过高会严重影响排气后处理系统的正常工作，造成硫中毒等。
因此，修订了基准柴油的技术要求。
结束语
综上所述，排放标准的升级，不仅仅是燃油系统的改变，而是整个发动机的本质发生变化，从发动机产品设计、性能开发、产品试验验证重新定义。
在发动机排放提升过程中，不仅要严格控制排放，还要提高产品品质、性能及可靠性。
参考文献
[1]李渊.《2014 新版强制性产品认证实施规则（汽车）》解读[J]. 重型汽车，2014（6）：30-31
[2]赵贝贝. 论我国平行进口汽车消费者权益的法律保护[D].上海：华东政法大学，2016.
[3]王徽. 完善上海自贸区汽车平行进口试点的思考 [J]. 海关与经贸研究，2016，37（1）：110-124。
