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(shí)結(jié)合了我國摩托車行業(yè)的發(fā)展形勢(shì)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(yán)。

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(yán)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(cè)量方法（中國第四階段）》WTO通報(bào)（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(cè)量方法（中國第四階段）》WTO通報(bào)（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(yùn)行特點(diǎn)有差異，其限值和測(cè)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(duì)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(shí)施日期情況見表1，大約每隔5年左右升級(jí)一次標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)排放控制技術(shù)的進(jìn)步。摩托車國四排放標(biāo)準(zhǔn)修訂項(xiàng)目來源于國家環(huán)境保護(hù)總局《關(guān)于開展2008年度國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目工作的通知》（環(huán)辦函［2008］44號(hào)）。包括兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：《摩托車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量方法（Ⅳ）》、《輕便摩托車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)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(diǎn)燃式（汽油）發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，最大設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)為動(dòng)力，最大設(shè)計(jì)車速大于50 km/h或排量大于50 mL的三輪摩托車。對(duì)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(shí)施時(shí)間

輕便摩托車是指以點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)排量不大于50 mL、最大設(shè)計(jì)車速不大于50 km/h的兩輪或三輪摩托車。對(duì)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(xiàng)目及其試驗(yàn)項(xiàng)目

國四標(biāo)準(zhǔn)中大氣污染物控制項(xiàng)目包括：一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）。需進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)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(duì)應(yīng)地新增了顆粒物這一污染物項(xiàng)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(yàn)項(xiàng)目

1）增加了對(duì)裝用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的摩托車排氣污染物的測(cè)量要求；

2）兩輪摩托車Ⅰ型試驗(yàn)的測(cè)試循環(huán)修改為WMTC測(cè)試循環(huán)，加嚴(yán)了排放限值；

3）加嚴(yán)了三輪摩托車Ⅰ型試驗(yàn)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(yàn)要求；

5）增加了Ⅳ型試驗(yàn)中炭罐工作能力的試驗(yàn)要求；

6）Ⅴ型試驗(yàn)中對(duì)車輛類別重新進(jìn)行了劃分，對(duì)耐久試驗(yàn)里程進(jìn)行了調(diào)整；

7）修改了試驗(yàn)用基準(zhǔn)燃料的技術(shù)要求。

3 試驗(yàn)要求及排放限值

3.1 Ⅰ型試驗(yàn)

Ⅰ型試驗(yàn)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(yàn)循環(huán)采用WMTC試驗(yàn)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(duì)于兩輪摩托車中的第I類車，雖然排放限值與歐盟第168號(hào)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(jì)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(duì)計(jì)算權(quán)重進(jìn)行了調(diào)整，其I類車的計(jì)算權(quán)重為30%、70%，與輕便摩托車的計(jì)算權(quán)重保持一致。因?yàn)榕欧艤y(cè)試循環(huán)的第一階段為冷態(tài)起動(dòng)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(hào)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(yán)格。

表4 Ⅰ型試驗(yàn)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(yàn)循環(huán)

表7 兩輪摩托車試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算規(guī)則和加權(quán)因子

圖1 兩輪摩托車試驗(yàn)循環(huán)第1階段工況圖

正三輪摩托車的試驗(yàn)循環(huán)繼續(xù)采用ECE R40，但是將第一個(gè)市區(qū)試驗(yàn)循環(huán)定義為冷態(tài)試驗(yàn)循環(huán)，第二個(gè)到第六個(gè)市區(qū)試驗(yàn)循環(huán)定義為熱態(tài)試驗(yàn)循環(huán)，將冷態(tài)試驗(yàn)循環(huán)的測(cè)試結(jié)果定義為RL，將熱態(tài)試驗(yàn)循環(huán)的測(cè)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(yàn)循環(huán)第2 階段工況圖

圖3 兩輪摩托車試驗(yàn)循環(huán)第3階段工況圖

圖4 正三輪摩托車試驗(yàn)循環(huán)工況圖

在制造廠家的要求下，檢測(cè)機(jī)構(gòu)可在完成Ⅴ型試驗(yàn)之前，使用表8中指定劣化系數(shù)進(jìn)行Ⅰ型試驗(yàn)。在完成Ⅴ型試驗(yàn)后，檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)采用通過計(jì)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(yàn)

國四階段雙怠速排放試驗(yàn)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(duì)裝用壓燃式（柴油）發(fā)動(dòng)機(jī)的摩托車進(jìn)行自由加速煙度試驗(yàn)，并將煙度測(cè)量結(jié)果作為一致性考核的依據(jù)。在試驗(yàn)限值方面，對(duì)于裝用點(diǎn)燃式（汽油）發(fā)動(dòng)機(jī)的摩托車和輕便摩托車的Ⅱ型試驗(yàn)，在原來國三標(biāo)準(zhǔn)限值的基礎(chǔ)上，CO和HC分別加嚴(yán)60%和40%，高怠速時(shí)過量空氣系數(shù)λ要求控制精度為企業(yè)申報(bào)值±0.05。

3.3 Ⅲ型曲軸箱污染物排放試驗(yàn)

關(guān)于Ⅲ型試驗(yàn)的測(cè)試方法，在國三階段只是采用目測(cè)判定的方法，其基本要求是：發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)關(guān)提供發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)說明來證明發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)關(guān)有權(quán)要求企業(yè)按照其法規(guī)規(guī)定進(jìn)行Ⅲ型試驗(yàn)。其Ⅲ型試驗(yàn)要求是：如果規(guī)定的各測(cè)量工況下測(cè)得的曲軸箱內(nèi)壓力均不超過測(cè)量時(shí)的大氣壓力，則認(rèn)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(yàn)

國四標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)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(cè)試要求。蒸發(fā)污染物的試驗(yàn)方法和限值與歐四、美國加州、中國臺(tái)灣地區(qū)、泰國等地的規(guī)定相同，控制力度與各個(gè)國家和地區(qū)的要求處于同等水平。

3.5 V型耐久性試驗(yàn)

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

表9 摩托車類型和試驗(yàn)總里程

對(duì)V型試驗(yàn)，歐四法規(guī)中描述了兩種耐久工況：AMA與SRC（standard road cycle）測(cè)試循環(huán)。其中AMA測(cè)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(cè)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(duì)這個(gè)新的測(cè)試循環(huán)，國四標(biāo)準(zhǔn)編制組積極開展了驗(yàn)證工作，驗(yàn)證結(jié)果表明，相比AMA測(cè)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(yùn)行過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)驗(yàn)證后得出，SRC的劣化系數(shù)明顯高于AMA測(cè)試循環(huán)，兩種測(cè)試循環(huán)的劣化效果存在明顯差異。

對(duì)于SRC耐久測(cè)試循環(huán)，歐四法規(guī)中并未對(duì)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(huì)造成車輛駕駛循環(huán)的不一致，同時(shí)也導(dǎo)致耐久試驗(yàn)在底盤測(cè)功機(jī)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(duì)應(yīng)。SRC循環(huán)中高速階段的權(quán)重相對(duì)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(cè)試方法在國際上未進(jìn)行驗(yàn)證，循環(huán)設(shè)置也尚未完善，國四標(biāo)準(zhǔn)中未納入SRC測(cè)試方法，只選擇了AMA循環(huán)。

3.6 OBD相關(guān)試驗(yàn)要求

為推動(dòng)技術(shù)進(jìn)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(shí)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(cè)摩托車的動(dòng)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(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不同程度地影響車輛的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性以及排放性能。這就有必要對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，以保證其運(yùn)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(cè)試要求是以歐四對(duì)于OBD的要求為基礎(chǔ)，結(jié)合中國摩托車行業(yè)實(shí)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(dòng)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(duì)OBD提出較高要求則會(huì)大大提高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)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(duì)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(qiáng)生產(chǎn)一致性管理，新增加催化轉(zhuǎn)化器以及炭罐兩個(gè)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(cè)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(yàn)前，摩托車制造企業(yè)應(yīng)單獨(dú)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(jìn)行IV型試驗(yàn)；另一套按照附件EB的試驗(yàn)方法檢測(cè)其初始工作能力，測(cè)量結(jié)果不應(yīng)高于制造企業(yè)申報(bào)值的1.15倍。

機(jī)動(dòng)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(yàn)前制造企業(yè)應(yīng)單獨(dú)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(cè)其貴金屬含量，測(cè)量結(jié)果不應(yīng)高于制造企業(yè)申報(bào)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(cè)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(yàn)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(yàn)循環(huán)由8個(gè)子循環(huán)組成，其中前4個(gè)子循環(huán)定義為冷態(tài)試驗(yàn)循環(huán)，后4個(gè)子循環(huán)定義為熱態(tài)試驗(yàn)循環(huán)。冷態(tài)試驗(yàn)循環(huán)和熱態(tài)試驗(yàn)循環(huán)的測(cè)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(cè)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(shí)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(dá)到了對(duì)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(jìn)摩托車排放控制的技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)電控燃油噴射技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)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(huì)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(shí)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(jí)工程師，主要研究方向?yàn)槟ν熊嚺欧艤y(cè)試及標(biāo)準(zhǔn)。