重型車用汽油發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法

1、重型車用汽油發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國III、IV階段)(GB 14762-2008)修改方案編制說明重型車用汽油發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國III、IV階段)(GB 14762-2008)修改方案編制組二0二年五月 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 修改標準的目的1相關(guān)背景介紹12.1原標準情況12.2重型汽油車行業(yè)狀況1 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 修改內(nèi)容及其依據(jù)2 HYPERLINK l bookmark17 o Cu

2、rrent Document 3.1關(guān)于OBD要求及試驗方法的確定23.2關(guān)于耐久性要求和試驗方法的確定2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 附1國內(nèi)重型汽油車（機）行業(yè)概況4 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 附2國外重型汽油車（機）排放標準中的OBD和耐久性要求簡介6修改標準的目的補充完善重型車用汽油發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限制及測量方法（中國III、 W階段）（GB14762-2008）標準中第四階段車載診斷（OBD）系統(tǒng)和排氣污染物控制 系統(tǒng)耐久性要求。相關(guān)背景介紹2.1原標準情況20

3、08年4月，我國發(fā)布了國家標準重型車用汽油發(fā)動機與汽車排氣污染物排放 限制及測量方法（中國III、W階段）（GB14762-2008）。該標準規(guī)定了重型汽油車及其 發(fā)動機第三、四階段排放限值和相應(yīng)的測量方法，第四階段氮氧化物和碳氫化合物限值 比第三階段收緊了 30%左右。第三、四階段排放限值的提出，明確了重型汽油車各階 段污染物減排的目標，引導(dǎo)汽車和發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)為提升排放控制水平早做準備。同時， 為了確保車輛在實際使用過程中污染物排放持續(xù)達標，該標準還規(guī)定了第三階段車載診 斷（OBD）系統(tǒng)和排氣污染物控制系統(tǒng)耐久性（簡稱：耐久性）等內(nèi)容；由于當(dāng)時國 內(nèi)外可參考的技術(shù)內(nèi)容有限，對于第四階段的O

4、BD、耐久性沒有提出規(guī)定（見GB14762-2008標準前言第二段和標準第7.4.3條），計劃在第四階段標準實施前進行確 認或另行規(guī)定。重型汽油車國家第三階段標準已于2009年7月1日開始實施，第四階段將于今年 7月1日開始實施型式核準。因此，亟需對第四階段的OBD和耐久性要求進行確定。 2.2重型汽油車行業(yè)狀況由于重型汽油車燃油消耗量和CO2排放較高，在全世界范圍內(nèi)均已逐漸被柴油車 所替代。歐盟多年來幾乎沒有重型汽油車生產(chǎn)銷售；因而也就未制定重型汽油車相關(guān)排 放法規(guī)；美國和日本的重型汽油車產(chǎn)量也已非常少，所占汽車總產(chǎn)量的份額很小，雖然 仍保留了重型汽油車排放法規(guī)，但近年來已幾乎沒有新認證的車

5、型。國內(nèi)近年來重型汽 油車的產(chǎn)銷量一直較小，近三年來，國內(nèi)重型汽油車的年產(chǎn)量均未超過3萬輛，所占汽 車總產(chǎn)量的份額約為0.17% （見附1）。預(yù)計重型汽油車在我國還將存在較長時間，但 由于燃油經(jīng)濟性方面的影響，此類車的產(chǎn)銷量可能會保持在現(xiàn)有水平。修改內(nèi)容及其依據(jù)根據(jù)重型汽油車污染物排放控制的需要，參考美國和日本重型汽油車法規(guī)的實踐經(jīng) 驗（見附2），提出第四階段重型汽油車（機）的車載診斷（OBD）系統(tǒng)和排氣污染物 耐久性要求和試驗方法。3.1關(guān)于OBD要求及試驗方法的確定第四階段OBD仍沿用第三階段的技術(shù)要求和試驗方法。主要依據(jù)如下：我國重型汽油車和發(fā)動機第三、四階段排放標準（GB14762-2

6、008）的技術(shù)內(nèi)容，包 括OBD的技術(shù)要求在內(nèi)，主要參考了 “日本2005年重型汽車排放法規(guī)”而制定。因 此，在研究制定第四階段OBD技術(shù)要求過程中，也主要是以日本法規(guī)為依據(jù)。日本在 2009年推出了 2005年法規(guī)的修訂版，即“2009年日本后新長期法規(guī)”，該法規(guī)在排放 限值方面比2005年法規(guī)有所加嚴，但在OBD方面，仍保持與2005年法規(guī)要求相同。另外，美國的重型汽油車是從2010年開始有OBD要求，歐盟一直沒有重型汽油車 排放法規(guī)，但有氣體燃料點燃式汽車排放法規(guī)，并從歐IV階段（2008年）開始有OBD 要求。我國第三階段重型汽油車的OBD技術(shù)要求，與美國和歐盟當(dāng)前的OBD技術(shù)水 平大

7、致相當(dāng)。并且，根據(jù)我國第三階段標準的實施，證明目前規(guī)定的OBD試驗方法是可行的， 符合國內(nèi)實際情況。鑒于以上情況，我國第四階段仍沿用第三階段的OBD技術(shù)要求和試驗方法是科學(xué) 可行的。3.2關(guān)于耐久性要求和試驗方法的確定3.2.1關(guān)于第四階段耐久性要求重型汽油車第四階段排氣污染物控制系統(tǒng)耐久性要求比第三階段進一步加嚴，具體 是：有效壽命為180，000 km或10年，以先到為準。允許最短試驗里程為60，000 km。表1.國三、四階段重型汽油車排氣污染物控制系統(tǒng)耐久性要求階段有效壽f命允許最短 試驗里程（km）行駛里程（km）使用時間（年）國三80,000550,000國四180,0001060

8、,000（1） 有效壽命中的行駛里程和實際使用時間以先到為準；（2） 指采用道路試驗方法時最短耐久性運行試驗里程。耐久性技術(shù)要求的主要依據(jù)是參考美國和日本等國外相關(guān)法規(guī)。與我國第四階段排放控制水平相當(dāng)?shù)拿绹腿毡镜闹匦推蛙嚹途眯砸笕绫?所示。表2.美國、日本重型汽油車排氣污染控制系統(tǒng)耐久性要求汽車分類有效壽命（1）允許最短 試驗里程（km）行駛里程（km）使用時間（年）美國重型汽油車176,000（110,000英 里）CO： 8/NOx:10日本重型汽油車180,00060,000（1）有效壽命中的行駛里程和實際使用時間以先到為準；（2）指采用道路試驗方法時最短耐久性運行試驗里程。由表2

9、可知，美國和日本重型汽油車的耐久性里程要求分別為17.6萬公里和18萬 公里，兩者要求基本相當(dāng)，是目前國際上對重型汽油車的耐久性里程要求最高的國家。3.2.2耐久性試驗方法國四階段耐久性試驗方法仍按GB20890-2007規(guī)定進行，理由如下：GB20890-2007規(guī)定的耐久性試驗方法，與美國、歐盟規(guī)定的重型汽車耐久性試驗 方法基本一致；此外，GB20890-2007中還推薦了我國發(fā)動機臺架耐久性試驗循環(huán)。據(jù) 了解，GB20890-2007推薦的發(fā)動機臺架耐久性試驗循環(huán)，仍被許多企業(yè)和檢測機構(gòu)用 于重型壓燃式發(fā)動機和氣體發(fā)動機國四階段耐久性試驗。因此，重型汽油車（機）耐久 性試驗方法仍按GB2

10、0890-2007規(guī)定。國內(nèi)重型汽油車（機）行業(yè)概況（1）重型汽油機生產(chǎn)廠：據(jù)環(huán)保部機動車排污監(jiān)控中心（VECC）統(tǒng)計，國內(nèi)共有10家重型汽油發(fā)動機生產(chǎn)廠、共生產(chǎn)12個重型汽油機機型（表1-1）。表1-1.重型汽油發(fā)動機生產(chǎn)廠及機型序號發(fā)動機制造廠名稱發(fā)動機機型1北京福田環(huán)保動力股份有限公司BJ491EQ3B2長春一汽四環(huán)發(fā)動機制造有限公司CA4G25EE33東風(fēng)汽車有限公司商用車發(fā)動機廠EQ6100-304福特汽車公司(Ford Motor Company)H5綿陽新晨動力機械有限公司4RB2-III JM495QF-III6日本豐田汽車公司2TR7日產(chǎn)汽車公司TB45K8沈陽新光華晨汽車發(fā)

11、動機有限公司XG491Q-MA9沈陽新光華翔汽車發(fā)動機制造有限公司G4BAIII10中國第一汽車集團公司CA4GZ-E3CA6GH-E3（2）重型汽油車生產(chǎn)廠：據(jù)VECC統(tǒng)計，全國重型汽油車生產(chǎn)廠共46家。按生 產(chǎn)車型種類分，只生產(chǎn)1種車型的40家，能生產(chǎn)2種車型的5家，能生產(chǎn)3種車型的 1家；其中專用車生產(chǎn)廠30家、客車生產(chǎn)廠15家、卡車生產(chǎn)廠5家、牽引車生產(chǎn)廠1 家。（3）重型汽油車車型：據(jù)VECC統(tǒng)計，全國重型汽油車180個車型；其中專用 車120個車型，客車28個車型，貨車31個車型，牽引車1個車型。重型汽油專用車主 要是環(huán)衛(wèi)、清潔、園林、消防、衛(wèi)星轉(zhuǎn)播、電視轉(zhuǎn)播等；重型汽油客車主要是

12、中型高級 旅行客車，如豐田柯斯達、日產(chǎn)碧蓮等；重型汽油載貨車大多為輕中型卡車和皮卡車。 客車和載貨車生產(chǎn)廠向?qū)Ｓ密囍圃鞆S提供改裝底盤。（4）重型汽油車產(chǎn)量：據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，20092011年國內(nèi)生產(chǎn)的汽車總質(zhì)量（GVM）大于6t的重型汽油車總產(chǎn)量如表1-2。表1-2.國內(nèi)重型汽油車年產(chǎn)量（輛）（GVM6t）年度重型汽油車2009 年75042010 年82512011 年11045對于GVM在3.5t-6t段的重型汽油車，中國汽車工業(yè)協(xié)會未單獨列出統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 而是包含在GVM 1.8t-6t車型段內(nèi)，所以僅從車型統(tǒng)計數(shù)據(jù)中難以分離出來。為此，對 該車型段相關(guān)重型汽油機生產(chǎn)廠進行了專

13、門調(diào)查，統(tǒng)計出該車型段的重型汽油機年產(chǎn) 量。根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析，近3年來國內(nèi)GVM在3.5t-6t段的重型汽油車年產(chǎn)量均在2 萬輛之內(nèi)。綜合以上GVM為3.5t-6t以及GVM大于6t兩段數(shù)據(jù)，近3年來國內(nèi)重型汽油車 （GVM 3.5t）年產(chǎn)量估計在3萬輛左右。據(jù)調(diào)查，還有部分重型汽油車產(chǎn)品銷售到新疆等天然氣資源較豐富的地區(qū)后，被改 裝為天然氣車。因此，實際運營的重型汽油車還會更少一些。我國汽車總產(chǎn)量在2010年和2011年分別高達1826.47和1841.89萬輛，如以重型 汽油車（GVM3.5t）產(chǎn)量3萬輛計，重型汽油車年產(chǎn)量所占全國汽車總產(chǎn)量的比例未 超過0.17%。綜上所述，國內(nèi)重型汽油

14、車行業(yè)生產(chǎn)廠多達46家，車型多達180個，車型分散在 客車、載貨車、環(huán)衛(wèi)、清潔、園林、消防、衛(wèi)星轉(zhuǎn)播和電視轉(zhuǎn)播等；但重型汽油車年產(chǎn) 銷量少，僅為3萬輛左右，每個車型平均不足200輛；重型汽油車所占全國汽車年總產(chǎn) 銷量的份額較小僅為0.17%左右。在重型汽油車型中，環(huán)衛(wèi)、清潔、園林、消防、衛(wèi)星 轉(zhuǎn)播和電視轉(zhuǎn)播等專用作業(yè)車占有較大比例。國外重型汽油車（機）排放標準中的OBD和耐久性要求簡介1.美國1.1美國車載診斷（OBD）系統(tǒng)要求1.1.1美國加州（CARB）OBD要求（1）輕型和中型汽車美國加州大氣資源局（CARB）對輕型汽車汽車總重量（GVWRX8500磅（3850kg） 以及中型汽車850

15、0磅GVWR14000 磅（6350kg）美國加州車用重型發(fā)動機車載診斷系統(tǒng)（OBD）分兩步導(dǎo)入，OBD系統(tǒng)允許3年 過渡期，在過渡期內(nèi)即使OBD系統(tǒng)存在某些缺陷也允許認證。（a）第一步：EMD （發(fā)動機制造商診斷系統(tǒng)）一從2007年型開始，要求配備發(fā) 動機制造商診斷系統(tǒng)（Engine Manufacturer Diagnostic system）o EMD只是基礎(chǔ)的重型 發(fā)動機診斷系統(tǒng)。（b）第二步：HD OBD （重型車載診斷系統(tǒng)）2010年重型車用發(fā)動機導(dǎo)入實施。 就技術(shù)水平而言，HD OBD是與OBD II大致相似的診斷系統(tǒng)。至2013年，在加州銷 售的所有重型汽車發(fā)動機要求配備HD

16、OBD系統(tǒng)，而EMD系統(tǒng)將全部停止使用。1.1.2美聯(lián)邦車載診斷（OBD）系統(tǒng)要求1990年，美國聯(lián)邦將OBD II納入了大氣清潔法。加州以外49個州的輕型汽車要 求從1996年起裝備OBD II （可寬限至1999年），中型汽車要求從2005年起裝備OBD II。美國EPA于2008年底完成重型汽車OBD法規(guī)，該法規(guī)適用于重型汽車且與OBD II技術(shù)水平相當(dāng)。加州以外49個州重型汽車要求從2010年起安裝重型OBD系統(tǒng)。1.2美國重型汽油車排氣后處理耐久性要求（1）耐久性要求 美國對重型汽油車排放后處理裝置耐久性要求，碳氫化合物和 一氧化碳為8年或11萬英里（約17.6萬公里），氮氧化物為1

17、0年或11萬英里，以先 到為準。（2）耐久性試驗方法 對中型汽車，美國采用SRC耐久性標準試驗循環(huán)（如圖2-1） 進行道路試驗；或進行SBC標準臺架老化耐久試驗（如圖2-2）。Standard Road Cycle (SRC )2345Laps (3.7 miles)2345Laps (3.7 miles)圖2-1.美國SRC耐久性標準試驗循環(huán)標準臺架循環(huán)（SBC）是根據(jù)在實際道路試驗循環(huán)（SRC）時測得的催化器溫度數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換而來的。催化器溫度在試驗汽車上最熱催化器的最高溫度位置處測量，并至少測 量兩個完整的SRC循環(huán)期間催化器“時間一溫度”數(shù)據(jù)。SBC臺架試驗循環(huán)中催化器 的有效基準溫度和老

18、化時間的關(guān)系可通過計算（BAT方程式）得出。Control catalystzStandard Bench CycleStoichRich60200 - Secondary AirAir/Fuel Ratio40Time (sec)(洪)1。忠一44 3 2 1 0圖2-2.美國SBC標準臺架試驗循環(huán)對重型汽車，可選擇對車輛進行整車道路累積里程耐久性試驗，或在發(fā)動機臺架上 對所選源機進行發(fā)動機臺架耐久性試驗。汽車道路累積里程耐久性行駛工況，由汽車（或 發(fā)動機）制造企業(yè)根據(jù)良好的工程規(guī)范確定。發(fā)動機臺架耐久性試驗工況從汽車道路累 積里程耐久性行駛工況轉(zhuǎn)換得到。耐久性試驗方法與歐盟基本相同。2.歐

19、盟歐盟沒有適用于汽車總質(zhì)量大于3500kg的重型汽油機排放法規(guī)。歐盟指令2005/55/EC和2005/78/EC規(guī)定了汽車總質(zhì)量大于3500kg的重型壓燃式 發(fā)動機、點燃式CNG/LPG氣體發(fā)動機排放限值、OBD和耐久性要求。2.1歐盟OBD系統(tǒng)要求（1）輕型汽車：2000年，在實施歐3排放法規(guī)的同時，歐盟要求所有新轎車和 輕卡車（2.5噸以下）（2001年汽油車、2004年柴油轎車）必須裝備歐洲OBD（EOBD） 系統(tǒng)。EOBD源于美國OBD II系統(tǒng)，兩者相似但存在一定差異，如：1）EOBD對零部件 的測試相對OBD II簡單；2）兩者的測試循環(huán)不同，EOBD采用ECE+EUDC循環(huán)，

20、而美國OBD II采用FTP循環(huán)；3） OBD極限值不同：EOBD （E3/E4）采用固定極限值 （CO3.20 g/km，HC0.40 g/km，NOx0.60 g/km，分別為歐 3 排放限值的 1.4/2/4 倍）；而OBD II 一般為FTP標準的1.5倍。三元催化器診斷：EOBD的報警條件僅為 碳氫超過0.4g/km； OBD II報警條件碳氫排放超過FTP限值的1.75倍（LEV & LEV2）， 或者FTP試驗過程中平均碳氫轉(zhuǎn)換效率低于50%，或者NOx排放超過FTP標準的3.5 倍（LEV2）； 4） EOBD系統(tǒng)只要求診斷燃油蒸發(fā)控制電路部分的故障，而OBDII規(guī)定 應(yīng)該診斷

21、出燃油蒸發(fā)排放系統(tǒng)中任何直徑大于0.5mm小孔的泄露。5）失火診斷的區(qū)域 不同：EOBD系統(tǒng)只要求對發(fā)動機轉(zhuǎn)速在4500r/min以下的工況進行診斷，并且在發(fā)動 機啟動時不做診斷要求；而OBDII則要求在發(fā)動機全工況范圍進行診斷，且在發(fā)動機 啟動后診斷立即開始。（2） 重型汽車：2005年，歐洲對重型汽車實施了歐IV排放法規(guī)，首次對型式 核準車（機）型提出車載診斷系統(tǒng)（OBD）要求，即OBD 1。2006年10月開始，型式 核準車（機）型在OBD1要求的基礎(chǔ)上，增加確保NOx措施正確工作的要求；從2007 年10月開始，所有銷售車輛的OBD系統(tǒng)都必須滿足OBD1和NOx控制要求。至2008 年

22、10月，新車型式核準開始實施OBD2和NOx控制要求。2.2歐盟重型汽車排放控制系統(tǒng)耐久性（1）耐久性要求：歐盟指令2005/55/EC對重型汽車排放控制系統(tǒng)耐久性提出要求（里程和時間以先到者為準），見表2-1：表2-1.歐盟重型汽車排放控制系統(tǒng)耐久性要求汽車分類有敦壽命”允許最短 試驗里程”fkm）行噱里程（kun 使用時hi 件）LML 0005t125 000NMVMEfrtJ500, 000?1.fi7 OOOHi仃效壽命中的f驥里程利實際使用時nd兩以光到力準.r；： j fciT短知.試盈甲程指采用迎路試驗/fr.iM短知附乳性運行試躲里程:I ：1|很也括GVM火r站W(wǎng)蛔的Ml皤

23、汽r-li顯大設(shè)訃總質(zhì)吊（2）耐久性試驗方法：可選擇在道路上進行整車耐久性試驗，或在臺架上進行發(fā) 動機耐久性試驗。汽車道路耐久性行駛工況由汽車（或發(fā)動機）制造企業(yè)根據(jù)良好的工 程規(guī)范確定。發(fā)動機臺架耐久性試驗工況從汽車道路累積里程耐久性行駛工況轉(zhuǎn)換得 到。該方法與美國重型汽車耐久性試驗方法基本相同。3日本3.1日本車載診斷（OBD）系統(tǒng)2005年日本國土交通省自動車交通局技術(shù)安全部頒布了 “日本2005重型汽車排 放法規(guī)”，相當(dāng)于歐IV水平；2009年日本后新長期法規(guī)，相當(dāng)于歐V水平。日本2000年輕型汽車開始采用Japan-OBD （J-OBD）, J-OBD與美國OBD II系統(tǒng) 相似。日

24、本2001年（日本新短期法規(guī)）規(guī)定了重型汽油車OBD要求及試驗方法，經(jīng)2005 年（日本新長期法規(guī)）和2009年（日本后新長期法規(guī)）兩次修訂，OBD試驗方法沒有 改變，一直沿用2001年確定的試驗方法，即各排放相關(guān)的零部件斷線檢查、燃料系統(tǒng) 異常和EGR工作檢查試驗方法。日本重型OBD監(jiān)測部件和系統(tǒng)如下：1）大氣壓力傳感器；2）進氣壓力傳感器；3）進氣溫度傳感器；4）空氣流量傳感器；5）冷卻水溫傳感器；6）節(jié)氣門開度傳感器；7）氣缸識別傳感器；8）曲軸角度傳感器；9）氧氣傳感器或空燃比傳感器；10）氧氣傳感器或空燃比傳感器的熱電路；11）點火系統(tǒng)初級線路（配置有檢測發(fā)動機失火的部件或系統(tǒng)時，不需要進行斷路 檢測）；12）排氣二次