世界非公路用机动设备排放综述-工程机械动态-中国路面机械网

2007-08-17 03:36:42

编者按
　　随着中国环境保护和大气治理工作的不断深入，在严格控制汽车尾气污染的同时，非公路用机动设备如工程机械和施工机械的尾气排放也越来越引起人们的重视。
　　但是，由于我国在这方面起步较晚，相关的法律法规仍在制定和完善之中，很多业内人士对非公路排放的相关内容也不太熟悉，经常将Tier1/2与车用的EuroⅠ/Ⅱ混淆。因此，本刊特编发此文，希望能够对行业人士进一步了解非公路排放有所帮助。
　　环境问题引发标准推出
　　早在1964年，美国加利福尼亚州在世界上迈出了控制车辆尾气排放的第一步，对1966年定型生产的轿车尾气排放进行了限制。1970年美国国会通过了"净化空气法案"，并组建了美国联邦环保署（EPA）。同年，欧洲和日本也制定了相应的排放控制标准。此后的几十年，随着汽车保有量的不断增加，以及公众对环境的要求日益提高，各国都制定了越来越严格的汽车排放标准。
　　但对非公路（美国称off-high鄄way，欧洲称nonroad）用机动设备尾气排放引起的空气污染问题，并未引起足够的重视。直到1990年，EPA才开始着手研究和限制非公路用机动设备的尾气排放，就像给汽车尾气排放制定一个标准一样。EPA已经认识到，非公路用机动设备的柴油机尾气排放也给环境带来严重污染，因此决定与柴油机制造商及公众一起，制定一个切实可行的排放控制方案。
　　1996年，EPA和美国加州空气资源委员会（CARB）联合签署了一个适用于非公路用机动设备柴油机的原则意向书（SOP）。签署该意向书的发动机制造商有：卡特彼勒、康明斯、迪尔、底特律柴油机、道依茨、五十铃、小松、库伯塔（Kubota）、三菱、北极星（Navistar）、纽荷兰（NewHolland）、威士康（Wis-Con）和洋马（Yanmar）。
　　1998年8月27日，EPA签署了最终法规以明确原来SOP所规定的非公路用机动设备柴油机排放标准。它使功率在37kW（50hp）以下的非公路用机动设备柴油机有了第一阶段排放标准（Tier1）。从2000~2008年，对所有非公路用机动设备柴油机将分阶段实施更加严格的第二阶段（Tier2）和第三阶段（Tier3）排放标准。
　　该协议使得美国联邦政府与加利福尼亚州的排放标准达到了统一，而且在某种程度上，与欧洲的非公路用机动设备柴油机排放标准趋于一致。它涵盖了非公路用机动设备使用的各种型号柴油机，这些柴油机被广泛应用于建筑、农业、工业设备以及部分舰船。主要机种有：农用拖拉机、挖掘机、柴油剪草机、推土机、伐木设备、便携式发电机组、平地机、叉车和帆船辅助推进设备，尚不包括机车和地下采矿设备用柴油机，以及功率超过37kW（50hp）的船用柴油机。
　　非公路用机动设备是各种工程机械设备、工程车辆、舰船和发电机组的总称。它包括户外动力设备、娱乐车辆、农业机械与工程机械、园林机械、水上舰船、机车、航空（天）飞行器等。它们所使用的发动机称之为非公路发动机，类型有压燃式发动机（CI，即柴油机）和火花点火发动机（SI，即汽油机），每年排放的氮氧化合物（NOX）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和颗粒物（PM）等有害物质的总量几乎相当于公路用车辆发动机的年排放总量（以美国为例）。
　　由于柴油发动机具有很高的热效率，因而被广泛使用。非公路柴油机是非公路发动机市场的主体，主要用于农业机械（如拖拉机）、工程机械（如挖掘机、装载机、推土机）、物料搬运机械（如叉车）和多用途设备（如发电机组、抽水机）等。在非公路柴油机排放中，NOx和PM的排放量最为严重，分别约占NOx和PM排放总量的20%和36%。
　　而在柴油机的排放成分中，除99.7%（75.7%的N2、10%的CO2、8%的水蒸气和6%的O2）对人类无害外，其余0.3%（0.2%的NO、0.01%的NO2、0.03%的HC、0.05%的CO、0.01%的SO2　　和小于0.01%的PM）都是有害物质，它是形成酸雨和破坏臭氧层的罪魁祸首。随着人类对环境的日益重视，消除柴油机的尾气污染也成了大家所关注的重大话题。因此，发达国家已将柴油机污染排放作为环境治理的重要内容之一，并制定了相应的控制排放标准。非公路用机动设备排放标准控制的正是这些有害物质。
　　欧美非公路用机动设备排放标准
　　目前，世界上非公路排放标准以美国和欧盟标准最具代表性。
　　美国EPA标准美国非公路发动机排放法规由三级渐进式低排放标准构成，每一级都有一个在数年内逐步实施的计划（以额定功率确定）。早在1994年，EPA就对功率大于37kW（50hp）的非公路发动机尾气排放量制定了第一阶段标准（即Tier1）。该标准在1996~2000年间执行。此后，又相继制定了更为严格的Tier2和Tier3标准，执行期分别为2001~2006年和2006~2008年，并将受限制的发动机功率扩展到37kW以下。Tier3标准的实施是期望引导非公路发动机的排放控制技术与公路用重型发动机（如卡车和巴士）制造商所采用的技术相类似，并达到2004年的公路发动机的排放标准。
　　该标准要求发动机必须在整个使用寿命期内都能满足，且EPA要求排放法规所涵盖的所有发动机都要采用能够反映排放量变化的劣化系数（DF），要求在发动机报废前的任何一次排放检测中DF都必须达标。
　　排放的检测手段与ISO8178C1是一样的，即8工况模式稳态试验循环法，允许为不同用途的发动机选择ISO8178中的其他试验循环法，如恒速发动机（D2循环），额定功率小于19kW的变速发动机（G2循环），船舶发动机（E3循环）。EPA考虑将在2001年修订期间引入瞬态试验循环法。
　　在1998年的法规中，从测量全部的HC已经开始改为测量非甲烷碳氢化合物（NMHC）。因为在柴油机尾气排放检测中，EPA没有检测甲烷的标准方法，制造商可以使用他们自己的方法来分析非甲烷碳氢化合物或测量全部的碳氢化合物，并且从被测得的碳氢化合物数据中减去2%以得到正确的甲烷值。
　　欧盟标准1998年2月27日，第一个欧洲非公路用机动设备（NRMM）排放法规以立法形式通过，即Directive97/68/EC。针对非公路发动机，该法规分为两个阶段：第一阶段（StageⅠ）于1999年实施；第二阶段（StageⅡ）于2001~2004年执行，法规的实施因发动机功率输出大小不同而不同。
　　排放法规涵盖的设备有：工业用钻机、压缩机、轮式装载机、推土机、非公路用卡车、挖掘机、叉车、道路养护设备、铲雪机、机场地面支持设备、塔吊和移动式起重机。农业和林业拖拉机有同样的排放标准，但执行日期不同，可参考2000年5月22日颁布实施的Directive2000/25/EC。法规暂不包括轮船、机车、飞行器和发电机组用发动机。
　　在2000年12月18日，欧洲委员会为Directive97/68/EC提出了修正案，将功率小于19kW的非公路用汽油发动机纳入其中。以COM（2000）840文档出版的该提案，使欧洲与美国现行的小型发动机的排放标准在更大范围内取得一致。
　　欧洲法规必须转换为所有成员国的法律，上述两个法规都允许有一个两年的过渡期，由于每个成员国确定的起始时间不同，所以每个国家会有不同的标准实施时间框架。
　　第一阶段（StageI）和第二阶段（StageⅡ）排放量不得超过所列各项数值。第一阶段排放量是指发动机排放限制值，且在未安装尾气后处理装置之前达到。排放检测依据ISO8178C1标准中规定的8工况模式试验循环法，用克/千瓦小时单位表示。

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