摩托車國四排放標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容及與歐盟法規(guī)差異

尹 濤 王 青 唐 琳

（天津摩托車技術(shù)中心天津300072）

摩托車國四排放標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容及與歐盟法規(guī)差異

尹 濤 王 青 唐 琳

（天津摩托車技術(shù)中心天津300072）

摩托車國四排放標(biāo)準(zhǔn)是在參考全球技術(shù)法規(guī)No.2（GTR2）、歐盟法規(guī)No.168/2013、歐盟法規(guī)No.134/2014的基礎(chǔ)上制定的，制定時結(jié)合了我國摩托車行業(yè)的發(fā)展形勢及排放狀況，因此與GTR2及歐盟法規(guī)存在一定差異，但與國三標(biāo)準(zhǔn)相比，有較大程度的加嚴。

摩托車國四排放標(biāo)準(zhǔn)歐盟法規(guī)

引言

隨著環(huán)境問題的日益嚴重，我國在2016年4月28日發(fā)布了《輕便摩托車污染物排放限值及測量方法（中國第四階段）》WTO通報（G/TBT/N/CHN/228/ Rev.1），在2016年6月9日發(fā)布了《摩托車污染物排放限值及測量方法（中國第四階段）》WTO通報（G/TBT/N/CHN/1174），旨在控制摩托車排放。

1 標(biāo)準(zhǔn)制定的背景

由于摩托車及輕便摩托車的結(jié)構(gòu)和運行特點有差異，其限值和測量工況一直不同，參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系，我國從上世紀(jì)80年代中期開始分別制定摩托車和輕便摩托車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，在此之后又先后對污染物排放標(biāo)準(zhǔn)進行了3次修訂，逐步提升排放控制水平。我國摩托車和輕便摩托車標(biāo)準(zhǔn)實施日期情況見表1，大約每隔5年左右升級一次標(biāo)準(zhǔn)，以促進排放控制技術(shù)的進步。摩托車國四排放標(biāo)準(zhǔn)修訂項目來源于國家環(huán)境保護總局《關(guān)于開展2008年度國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)制修訂項目工作的通知》（環(huán)辦函［2008］44號）。包括兩個標(biāo)準(zhǔn)：《摩托車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測量方法（Ⅳ）》、《輕便摩托車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測量方法（Ⅳ）》。

2 標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容

2.1 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

國四標(biāo)準(zhǔn)中：

摩托車是指以點燃式（汽油）發(fā)動機為動力，最大設(shè)計車速大于50 km/h或排量大于50 mL的摩托車，和以壓燃式（柴油）發(fā)動機為動力，最大設(shè)計車速大于50 km/h或排量大于50 mL的三輪摩托車。對于摩托車排放標(biāo)準(zhǔn)，從燃料類型來看，包括汽油車、柴油車、氣體燃料車（如天然氣、液化石油氣）、兩用燃料車等，且柴油車僅指三輪柴油摩托車。

表1 我國摩托車和輕便摩托車標(biāo)準(zhǔn)實施時間

輕便摩托車是指以點燃式發(fā)動機為動力，發(fā)動機排量不大于50 mL、最大設(shè)計車速不大于50 km/h的兩輪或三輪摩托車。對于輕便摩托車排放標(biāo)準(zhǔn)，從燃料類型來看，包括汽油車、氣體燃料車（如天然氣、液化石油氣）、兩用燃料車等。

2.2 污染物控制項目及其試驗項目

國四標(biāo)準(zhǔn)中大氣污染物控制項目包括：一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）。需進行的試驗項目見表2。與國三標(biāo)準(zhǔn)相比，由于新增了柴油三輪摩托車的排放控制要求，對應(yīng)地新增了顆粒物這一污染物項目。

與國三排放標(biāo)準(zhǔn)相比，國四標(biāo)準(zhǔn)主要的變化有：

表2 型式核準(zhǔn)試驗項目

1）增加了對裝用壓燃式發(fā)動機的摩托車排氣污染物的測量要求；

2）兩輪摩托車Ⅰ型試驗的測試循環(huán)修改為WMTC測試循環(huán)，加嚴了排放限值；

3）加嚴了三輪摩托車Ⅰ型試驗的排放限值；

4）增加了催化轉(zhuǎn)化器貴金屬總含量及貴金屬比例的試驗要求；

5）增加了Ⅳ型試驗中炭罐工作能力的試驗要求；

6）Ⅴ型試驗中對車輛類別重新進行了劃分，對耐久試驗里程進行了調(diào)整；

7）修改了試驗用基準(zhǔn)燃料的技術(shù)要求。

3 試驗要求及排放限值

3.1 Ⅰ型試驗

Ⅰ型試驗采用GTR2、歐盟法規(guī)168/2013中的車輛分類方法和限值要求[1-2]，具體見表3、表4、表5。兩輪摩托車的試驗循環(huán)采用WMTC試驗循環(huán)，具體見表6、表7、圖1、圖2、圖3。

表3 兩輪摩托車車輛分類

對于兩輪摩托車中的第I類車，雖然排放限值與歐盟第168號法規(guī)（REGULATION（EU）No.168/2013）中規(guī)定的歐洲第4階段限值等同，但是各循環(huán)段的計算權(quán)重有所差異。歐盟法規(guī)考慮到其I類車型包含有45 km/h的車型，對計算權(quán)重進行了調(diào)整，其I類車的計算權(quán)重為30%、70%，與輕便摩托車的計算權(quán)重保持一致。因為排放測試循環(huán)的第一階段為冷態(tài)起動階段，其排放污染物濃度高，因此國四標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的各部分權(quán)重分別是50%、50%，相比于歐盟第134號法規(guī)中規(guī)定的30%、70%，國四標(biāo)準(zhǔn)的限值規(guī)定更加嚴格。

表4 Ⅰ型試驗排放限值

表5 國四與國三標(biāo)準(zhǔn)中摩托車排放限值的的比較

表6 兩輪摩托車不同車型的試驗循環(huán)

表7 兩輪摩托車試驗結(jié)果計算規(guī)則和加權(quán)因子

圖1 兩輪摩托車試驗循環(huán)第1階段工況圖

正三輪摩托車的試驗循環(huán)繼續(xù)采用ECE R40，但是將第一個市區(qū)試驗循環(huán)定義為冷態(tài)試驗循環(huán)，第二個到第六個市區(qū)試驗循環(huán)定義為熱態(tài)試驗循環(huán)，將冷態(tài)試驗循環(huán)的測試結(jié)果定義為RL，將熱態(tài)試驗循環(huán)的測試結(jié)果定義為RW，最終結(jié)果定義為R。則：R=0.3×RL+0.7×RW，見圖4。

圖2 兩輪摩托車試驗循環(huán)第2 階段工況圖

圖3 兩輪摩托車試驗循環(huán)第3階段工況圖

圖4 正三輪摩托車試驗循環(huán)工況圖

在制造廠家的要求下，檢測機構(gòu)可在完成Ⅴ型試驗之前，使用表8中指定劣化系數(shù)進行Ⅰ型試驗。在完成Ⅴ型試驗后，檢測機構(gòu)應(yīng)采用通過計算得出的劣化系數(shù)替代表6的劣化系數(shù)，并記錄在型式核準(zhǔn)證書中。

表8 指定劣化系數(shù)

3.2 Ⅱ型雙怠速或自由加速煙度試驗

國四階段雙怠速排放試驗方法與國三階段相同，并與全球統(tǒng)一的摩托車排放技術(shù)法規(guī)、歐盟法規(guī)一致。增加了對裝用壓燃式（柴油）發(fā)動機的摩托車進行自由加速煙度試驗，并將煙度測量結(jié)果作為一致性考核的依據(jù)。在試驗限值方面，對于裝用點燃式（汽油）發(fā)動機的摩托車和輕便摩托車的Ⅱ型試驗，在原來國三標(biāo)準(zhǔn)限值的基礎(chǔ)上，CO和HC分別加嚴60%和40%，高怠速時過量空氣系數(shù)λ要求控制精度為企業(yè)申報值±0.05。

3.3 Ⅲ型曲軸箱污染物排放試驗

關(guān)于Ⅲ型試驗的測試方法，在國三階段只是采用目測判定的方法，其基本要求是：發(fā)動機的曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)不允許有任何曲軸箱污染物排入大氣。

歐盟法規(guī)[3]中規(guī)定，制造企業(yè)要向核準(zhǔn)機關(guān)提供發(fā)動機設(shè)計圖紙和技術(shù)說明來證明發(fā)動機的結(jié)構(gòu)是不容許任何油、氣或曲軸箱氣體從曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)排入大氣，但是某些情況下技術(shù)服務(wù)及核準(zhǔn)機關(guān)有權(quán)要求企業(yè)按照其法規(guī)規(guī)定進行Ⅲ型試驗。其Ⅲ型試驗要求是：如果規(guī)定的各測量工況下測得的曲軸箱內(nèi)壓力均不超過測量時的大氣壓力，則認為車輛曲軸箱污染物排放滿足要求。

3.4 IV型燃油蒸發(fā)污染物排放試驗

國四標(biāo)準(zhǔn)的測量方法和限值與國三標(biāo)準(zhǔn)相同，但增加了炭罐初始工作能力測試要求。蒸發(fā)污染物的試驗方法和限值與歐四、美國加州、中國臺灣地區(qū)、泰國等地的規(guī)定相同，控制力度與各個國家和地區(qū)的要求處于同等水平。

3.5 V型耐久性試驗

國四標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國內(nèi)摩托車的實際運行情況，并參照歐四法規(guī)的要求，調(diào)整了耐久試驗的車輛分類，延長了污染控制裝置耐久性試驗的里程，進一步加強了對排放耐久性要求的控制力度。試驗循環(huán)采用AMA（approved mileage accumulation）循環(huán)，對耐久試驗里程的要求進行加嚴，見表9。

表9 摩托車類型和試驗總里程

對V型試驗，歐四法規(guī)中描述了兩種耐久工況：AMA與SRC（standard road cycle）測試循環(huán)。其中AMA測試循環(huán)即為行駛里程累積循環(huán)，我國從國三階段已開始采用。SRC測試循環(huán)為標(biāo)準(zhǔn)道路循環(huán)，在摩托車產(chǎn)品中首次提出。針對這個新的測試循環(huán)，國四標(biāo)準(zhǔn)編制組積極開展了驗證工作，驗證結(jié)果表明，相比AMA測試循環(huán)，SRC雖然可以大幅度縮短耐久周期，但在車輛耐久運行過程中，發(fā)動機及催化器都處于更加惡劣的條件下。經(jīng)過10 000 km耐久比對驗證后得出，SRC的劣化系數(shù)明顯高于AMA測試循環(huán)，兩種測試循環(huán)的劣化效果存在明顯差異。

對于SRC耐久測試循環(huán)，歐四法規(guī)中并未對其規(guī)定固定的加、減速度，駕駛方式分為平穩(wěn)、猛烈加速等敘述性要求，所以會造成車輛駕駛循環(huán)的不一致，同時也導(dǎo)致耐久試驗在底盤測功機上的執(zhí)行難度大大增加。而SRC耐久循環(huán)車型分類的選擇也與WMTC車型分類存在一定的差異，導(dǎo)致AMA和SRC兩種循環(huán)不能完全對應(yīng)。SRC循環(huán)中高速階段的權(quán)重相對較大，這些問題均體現(xiàn)出歐洲摩托車主流大排量車型與中國國產(chǎn)排量較小的摩托車產(chǎn)品類型差異性。且SRC測試方法在國際上未進行驗證，循環(huán)設(shè)置也尚未完善，國四標(biāo)準(zhǔn)中未納入SRC測試方法，只選擇了AMA循環(huán)。

3.6 OBD相關(guān)試驗要求

為推動技術(shù)進步，保證排放控制的有效性和生產(chǎn)一致性，考慮到國內(nèi)摩托車行業(yè)從化油器技術(shù)方案過渡到電噴技術(shù)方案的發(fā)展實際情況，在國四標(biāo)準(zhǔn)中增加了OBD（On-Board Diagnostic）的要求。要求所有摩托車都應(yīng)裝備OBD系統(tǒng)。OBD系統(tǒng)就是通過監(jiān)測摩托車的動力和排放控制系統(tǒng)來監(jiān)控排放。電控燃油噴射的摩托車，都要安裝電控單元（ECU）和相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器。一旦電控單元、其他任何傳感器或執(zhí)行器出現(xiàn)了故障，或者是斷路、短路等，都會導(dǎo)致整個控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不同程度地影響車輛的經(jīng)濟性、動力性以及排放性能。這就有必要對整個控制系統(tǒng)進行監(jiān)控，以保證其運行可控，這是車輛安裝OBD系統(tǒng)的最主要目的。

國四標(biāo)準(zhǔn)OBD測試要求是以歐四對于OBD的要求為基礎(chǔ)，結(jié)合中國摩托車行業(yè)實際情況制訂的，暫未采用歐四OBD I階段中的閾值以及合理性判斷要求，僅要求監(jiān)控相關(guān)電路連通性。通過國四標(biāo)準(zhǔn)，將推動我國摩托車全面采用電噴技術(shù)，使摩托車行業(yè)整體技術(shù)水平大幅提升。但由于OBD技術(shù)應(yīng)用于摩托車在國外也剛起步，且我國目前的摩托車還停留在化油器的技術(shù)水平上，若對OBD提出較高要求則會大大提高標(biāo)準(zhǔn)實施的難度。因此，國四標(biāo)準(zhǔn)提出了確保電噴技術(shù)被采用的OBD系統(tǒng)基本要求，比歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求相對寬松。

3.7 排放關(guān)鍵部件的管理

在國四標(biāo)準(zhǔn)中，為加強生產(chǎn)一致性管理，新增加催化轉(zhuǎn)化器以及炭罐兩個排放關(guān)鍵部件的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《摩托車金屬載體催化器貴金屬涂覆量測量方法》和《摩托車和輕便摩托車燃油蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)（裝置）》。摩托車燃油蒸發(fā)污染物采用的控制措施主要是以炭罐作為燃油蒸發(fā)污染物的吸附介質(zhì)，炭罐的初始工作能力是反映炭罐性能的重要指標(biāo)之一。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，試驗前，摩托車制造企業(yè)應(yīng)單獨提供兩套相同的炭罐，型式核準(zhǔn)主管部門應(yīng)任選一套裝車進行IV型試驗；另一套按照附件EB的試驗方法檢測其初始工作能力，測量結(jié)果不應(yīng)高于制造企業(yè)申報值的1.15倍。

機動車控制尾氣排放的重要措施之一是在排氣管中加裝催化轉(zhuǎn)化器，金屬載體的催化轉(zhuǎn)化器在生產(chǎn)過程中加工工藝更加復(fù)雜，載體材料與涂層的結(jié)合力較差，其涂層自然脫落率要高于陶瓷載體，造成金屬載體催化器的生產(chǎn)控制精度要低于陶瓷載體催化器，而貴金屬含量的控制是催化轉(zhuǎn)化器質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵所在。V型試驗前制造企業(yè)應(yīng)單獨提供兩套相同的催化轉(zhuǎn)化器，其中一套按催化轉(zhuǎn)化器行標(biāo)的規(guī)定檢測其貴金屬含量，測量結(jié)果不應(yīng)高于制造企業(yè)申報值的1.2倍。

4 輕便摩托車國四階段排放標(biāo)準(zhǔn)簡介

輕便摩托車的測試循環(huán)依然采用GB 18176-2007中所使用的ECE R47，這也與歐盟的法規(guī)一致，試驗循環(huán)見圖5。其換擋要求也與原標(biāo)準(zhǔn)一致。輕便摩托車的試驗循環(huán)由8個子循環(huán)組成，其中前4個子循環(huán)定義為冷態(tài)試驗循環(huán)，后4個子循環(huán)定義為熱態(tài)試驗循環(huán)。冷態(tài)試驗循環(huán)和熱態(tài)試驗循環(huán)的測試結(jié)果分別占總結(jié)果的30%、70%，排放限值見表10、表11。

圖5 測試循環(huán)（ECE R47）

表10 輕便摩托車排放限值

表11 國四與國三標(biāo)準(zhǔn)中輕便摩托車排放限值的比較

5 總結(jié)

隨著國四排放標(biāo)準(zhǔn)的實施，原有的化油器及電控化油器技術(shù)路線將很難滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，閉環(huán)電子燃油噴射系統(tǒng)由于采用了精確的閉環(huán)反饋控制，達到了對空燃比的精確控制，所以相比其他控制方式，排放控制效果和一致性保證將更加理想。國四標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定安裝OBD-Ⅰ，將促進摩托車排放控制的技術(shù)進步，推動電控燃油噴射技術(shù)的應(yīng)用進程。這種供油系統(tǒng)從化油器到電控燃油噴射技術(shù)的更新，將使每輛車的成本增加，但隨著電子燃油噴射技術(shù)的普及，其制作成本也會逐步降低。采用電控燃油噴射技術(shù)后，可更有效地保證排放方面的生產(chǎn)一致性，引導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展，易于環(huán)保監(jiān)管和控制，確保行業(yè)減排目標(biāo)的實現(xiàn)。

1The World Forum for Harmonization of Vehicle Regulations. Global technical regulation No.2 Measurement procedure for two-wheeled motorcycles equipped with a positive or compression ignition engine with regard to the emission of gaseous pollutants,CO2emissions and fuel consumption[EB/OL].http: //www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/main/wp29/wp29wgs/ wp29gen/wp29registry/ECE-TRANS-180a2e.pdf,2005

2The European Parliament and the Council of the European U－nion.Regulation(EU)No 168/2013 of The European Parliament and of the Council of 15 January 2013.on the approval and market surveillance of two-or three-wheel vehicles and quadricycles[EB/OL].http://eur-lex.europa.eu/legal-content/ EN/TXT/?uri=CELEX:32013R0168,2013

3The European Commission.Commission Delegated Regulation (EU)No 134/2014 of 16 December 2013.Supplementing Regulation(EU)No 168/2013 of the European Parliament and of the Council with regard to environmental and propulsion unit performance requirements and amending Annex V of Two-or Three-wheel Vehicles and Quadricycles[EB/OL].http://eurlex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32014 R0134&from=EN,2013

Main Technical Content of Motorcycle Emission Standard（China StageⅣ）and Difference from That of EU Regulations

Yin Tao,Wang Qing，Tang Lin
Tianjin Motorcycle Technical Center,Tianjin University（Tianjin,300072,China）

Motorcycle emission standard（China stageⅣ）is formulated on the basis of EU regulations, combined with the development situation of China′s motorcycle industry and emission status of motorcycles. There are some differences with GTR2 and EU regulations in technical content.Compared with Motorcycle emission standard（China stageⅢ）,the requirements of Motorcycle emission standard（China stageⅣ）is much more stricter.

Motorcycle,ChinaⅣexhaust emission standard,EU regulaitons

U483

A

2095-8234（2016）05-0082-05

2016-07-11）

尹濤（1973-），女，高級工程師，主要研究方向為摩托車排放測試及標(biāo)準(zhǔn)。