李勤-道路车辆用和非道路机械用柴油机排放控制策略
小型非道路柴油机排放技术路线综述
小型非道路柴油机排放技术路线综述摘要：ＧＢ２０８９１—２００７（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Ｉ、Ⅱ阶段）》已经实施，为满足此法规，探讨一种开发低成本柴油机的路线。
关键词：小型非道路柴油机排放控制1.引言能源与环保是当今世界发展的两大主题。
随着社会经济的发展，非道路用柴油机的污染物排放问题日益得到人们的普遍关注。
世界主要国家均制定了非道路用柴油机的排放法规。
要满足未来更严格的排放法规，需要对原有机型进行技术升级，进行排放控制研究。
随着全球工业高度发展，环保已经成为人们最为关注的问题之，各国家和地区都先后推出了本地的环保法规来保护我们的地球。
然而在城市大气污染中汽车和工程机械的污染是不可忽视的一分，发达的国家首先在汽车上执行了排放法规，而后在工程机械其它内燃机动力设备上执行。
我国在汽车和工程机械排放法规执上相对较晚，但从这几年汽车排放标准推进的进度来看是很快。
中国农业的日渐现代化，小型非道路柴油机在农业上得到了广泛的应用。
由于小型非道路柴油机的应用，节省了大量的劳动力，提高了我国粮食的产量，农业机械化是我国农业的必然趋势，所以小型非道路柴油机在我国还有很广泛的发展空间[1]。
2.排放的法规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。
美国是世界上治理尾气排放最早的国家。
1964年，美国加利福尼亚州在世界上率先迈出了控制车辆尾气排放的第一步，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，各国都相继制定了越来越严格的汽车排放标准。
但非道路用机动设备尾气排放引起的空气污染问题，并未引起人们的重视。
直到20世纪90年代，欧美国家才开始着手研究和限制非道路用机动设备的尾气排放[2]。
非道路用柴油机的排放法规在美国最为严格，目前仅有美国和中国对所有功率段柴油机都提出其排放限值。
中国的国家标准GB20891-2007给出了中国非道路用柴油机排放Ⅰ阶段和Ⅱ阶段的限值。
中国小功率非道路用柴油机低排放技术路线的探讨
中国小功率非道路用柴油机低排放技术路线的探讨刘胜吉;赵宇超;王建【摘要】对国内外小功率段柴油机实现低排放的技术路线进行了分析,针对中国目前现状得出实现第三阶段排放及今后更高排放标准的技术路线:37 kW以下功率段柴油机采用改进燃烧过程和降低机油消耗的机械优化+ DOC技术或机械优化十电控喷油技术,生产企业通过提升生产条件及加强质量控制,特别是有效实现全负荷最大油量限制,可使批量生产的柴油机满足中国第三、四阶段排放标准的要求;为更有效控制批量生产产品的排放和性能使其满足更高的排放标准,需开展15～37 kW小缸径多缸柴油机低排放技术研究和产品研发.【期刊名称】《内燃机工程》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】6页(P35-40)【关键词】非道路柴油机;小功率;排放;技术路线【作者】刘胜吉;赵宇超;王建【作者单位】江苏大学汽车与交通工程学院,镇江212013;江苏大学汽车与交通工程学院,镇江212013;江苏大学汽车与交通工程学院,镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TK421非道路柴油机广泛应用于工程机械、农林机械、船舶和发电机组等，其排放污染物总量与机动车相当，污染问题越来越受到重视[1]。
中国于2015年10月1日实施非道路柴油机排放第三阶段标准[2]，其中对37 kW以下功率段柴油机的要求与美国环保署(EPA)第四阶段排放法规的限值相当。
从各国家及地区排放法规看，37 kW以下功率段柴油机实施低排放要求受其结构、产量和保有量等因素影响，特别是低排放技术在小功率机型上的应用受限，各国的要求差异较大，但随着时间的推移均不断严格。
中国是一个农业大国，同时是发展中国家，基础建设任务较重，多年来小型非道路柴油机产量和使用量巨大[3]，实施小功率段的非道路柴油机排放控制对保护环境非常重要。
针对中国的排放法规，企业开展了大量的研发工作，已有一些小功率柴油机样机初次试验结果低于排放限值，但通过环保型式核准的机型很少。
非道路柴油机实施国Ⅳ排放的技术路线
非道路柴油机实施国Ⅳ排放的技术路线一、欧洲非道路柴油机排放限值的演变在一些国家和地区，非道路柴油机的排放在发动机对环境排放贡献度中要达到65%左右，因此非道路柴油机的排放一直是内燃机排放控制领域的重点。
2022年起，欧洲非道路用柴油机已开始实施欧ⅢB（中国国Ⅳ）排放法规，其对柴油机提出了更为苛刻的要求。
二、非道路柴油机实现国Ⅳ应具有的基本条件非道路国Ⅳ柴油机应该建立在一台有良好基础的电控国Ⅲ发动机基础上。
且具有如下特征：（1）直列式发动机，采用空-空中冷增压系统。
严格控制进气温度，进气温度每降低1℃，（2）采用铸铁缸盖、水冷、4气门结构，喷油嘴垂直中置。
四气门结构有使发动机功率提高15%左右、降低油耗4%左右的潜力。
（3）机体采用铸铁、水冷、湿式缸套，内置机油冷却器。
（4）采用整体铝活塞/钢顶铝裙组合活塞。
（5）燃油系统采用电控共轨系统/电控单体泵/电控泵喷嘴系统，需3～5次的多次喷射（包括预喷、主喷、后喷）能力和更高的燃油喷射压力，应缩短喷油持续期，使放热接近上止点，喷油规律实现柔和燃烧，降低油耗。
（6）进一步优化进气涡流和燃烧系统，采用直口或略微缩口燃烧室，进气涡流比为0.5～1.5，压缩比为16.5～18.5。
（7）缸内最大爆发压力可达18～22MPa，升功率可达35kW/L。
三、结语要实现国Ⅳ对NOx和PM都较低的限值，目前大致上有两条技术路线：其一是先通过优化燃烧，再使用选择性催化还原来降低NOx排放。
其二是使用EGR使NOx降低，但会导致PM增加，因此加DPF将PM捕捉转化。
考虑到中国国情，燃油品质还有差距，但尿素生产比较普遍，因此我国实施非道路国Ⅳ排放宜首选SCR技术路线。
参考文献[1]谭建伟.非道路用柴油机与车用重型柴油机排放标准相关性研究[J].车辆与动力技术，2022，04.[2]郝勇.重型车用柴油机排放法规及技术路线综述[J].内燃机与动力装置，2022，03.[3]徐阳.面向欧Ⅳ以上法规的柴油机排气后处理技术方案[J].武汉理工大学学报，2022，08.。
公路工程机械用柴油机排放限值及控制措施
（ 黑龙江省交通科学研究所 ） 摘 要： 介绍 了公路工程机 械用 柴油机排放有关法规 ， 归纳 了柴油机排气 污染物 的主要 净化措施 ， 提 出电子
控制高压共 轨柴油机是未来公路工程机械动力装置 的应用发展方 向。 关键词 ： 公路工程机械 ； 柴油机 ； 排放污染物
一 一
一 一
一 一
一 一
７ ． ５ ７ ． ５
４ ． ７ ４ ． ０
６ ． ６ ０ ． ８ ５ ． ５ ０ ． ６
５ ． ０ 一 ・ ５ ． ０ － ・
ｌ ￥￣ ｋ Ｗ＜ ２ ２ ｓ Ⅲ ２ ２ ５ ≤ 哪＜ ４ ５ ０ 伽 Ⅱ
２ ０ １ ３年 第 ７期 （ 总第 ２ ３ ３期）
黑 龙江交 通科技
ＨＥ Ｌ Ｌ ＯＮＧＪ Ｉ ＡＮＧ Ｊ Ｉ ＡＯＴ Ｏ ＮＧ ＫＥ Ｊ
Ｎｏ． ７， ２ ０ １ ３
（ Ｓ ｕ ｍ Ｎ ｏ ． ２ ３ ３ ）
公 路 工 程 机械 用 柴油 机排 放 限值 及 控 制措 施
（ ｇ ／ ｋ Ｗｈ ）
功 率 范 日 Ｉ ／ ｋ ｗ
ｋ Ｗ＜ ８
１
Ｔ － ｅ ｒ Ⅱ
实 施 日 期
２ ０ ０ ５
Ｎ Ｏ ｘ
一
Ｈ Ｃ Ｎ Ｍ Ｈ ｃ ＋ Ｎ Ｏ ｘ ｃ ０ Ｐ Ｍ
一 ７ ． ５ ８ ． ０ ０ ． ８
由上 可以看 出 ， 与美 国 Ｅ Ｐ Ａ标准相 比 ， 欧盟法规 在功率 上未考虑 特小型发动 机 ； 对排放物 的控制上 ， Ｈ Ｃ及 Ｎ Ｏ Ｘ采 用了单项 控制 。此外 ， 排放法规实施时 间亦不相 同。
中图分类号 ： Ｕ ４ １ ５ ． １
非道路国Ⅱ排放概述
非道路国Ⅱ排放概述我公司非道路用柴油机排放认证情况：2006年下半年，4缸自然吸气和增压90马力机型通过E-mark的stageⅡ认证和EPA的Tier 2认证；2008年上半年，4缸电控100马力机型通过E-mark 的stageⅢA认证和EPA的Tier 3认证；2008年9月，所有系列机型通过非道路国Ⅰ认证；2009年上半年，4缸机械泵100马力机型通过E-mark的stageⅢA认证。
非道路国Ⅱ排放，在以前欧Ⅱ排放的技术基础之上，结合国内市场情况，开发出低成本、高可靠性、生产一致性易于控制的非道路国Ⅱ排放机型。
一、非道路国Ⅱ排放主要采用的技术有：1. 采用新型低排放燃烧室（缩口ω），实现降低NOx及PM的良好折中。
该燃烧室的结构特点是：燃烧室底部中央的凸起较大，可以提高空气利用率，因为燃烧室底部中央气流运动较弱，燃料喷注油雾不易到达，空气利用率较低；顶部有微缩口，在燃烧上止点后的膨胀行程中仍能保持较强的涡流，对加强柴油机燃烧过程后期的扩散燃烧十分有利，当为了减少燃烧过程中NOx的生成而推迟喷油时，不致造成燃烧品质的严重恶化；缩口燃烧室提高了进气涡流的保持性，燃烧过程中在活塞顶燃烧室缩口内产生强烈的挤压涡流，与进气涡流一起形成复杂的空气运动，引发强烈的紊流促进燃油与空气的混合，加速扩散燃烧，同时降低PM排放。
2. 采用孔数增多、孔径减小的无压力室或小压力室喷油嘴，提高启喷压力，达到主要降低HC及PM排放的目的。
喷嘴结构型式对柴油机的有害排放物特别是HC和PM中有机可溶成分（SOF）排放量的影响很大。
压力室的存在使针阀落座关闭后压力室中仍存在燃油，且此部分燃油靠高温蒸发在无喷射状态下进入燃烧室内燃烧，燃烧不完全导致经济性、排放指标恶化。
本项目采用5×0.28的多孔无压力室喷嘴，有效地降低了HC和SOF排放。
启喷压力对于保证燃油的喷雾质量、加强油气的混合、改善燃烧有重要的作用，同时也可以使针阀落座后的后期，避免因高压油管内的燃油压力波再次推开针阀，形成二次喷射等不正常喷射现象。
欧盟非道路柴油机排放标准与我国标准差异分析
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ＥＵ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ（ＥＵ）２０１ ６／１ ６２８ ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ ｇａｓｅｏｕｓ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ
ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｅｍ ｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｍ ｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｓ ｆｏｒ ｎｏｎ—ｒｏａｄ ｍｏｂｉｌｅ ｍ ａｃｈｉｎｅｒｙ ｗ ａｓ ｉｓｓｕｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ２０１ ６．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｇｉｖｅｓ ａｎ ｏｕｔｌｉｎｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ＥＵ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ
５３ Ｉ论文 — ｊ 【ｉＩｉ几动车专栏 】
欧盟 非 道 路 柴 油 机 排 放 标 准 与我 国标 准差异分析
文 ／杨 晓 慈
［摘 要 】关 于 非 道 路 移 动 机 械 用 内 燃 机 气 体 和 颗 粒 污 染 物 排 放 相 关 的 最 新 欧 盟 条 例 ＥＵ２０１６／１６２８于２０１６－？－底 发 布 ，本 文 简 单介 绍 了该 欧盟条 例 ，并对 条例 中 涉及 非道路 柴 油机 部 分 和我 国相 对 应的 国 家标 准进 行 差异 分析
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非道路用柴油机排放现阶段及国四排放升级
非道路用柴油机排放现阶段及国四排放升级.、八、一前言随着我国道路用柴油机排放法规日益严格，道路用柴油机已实施国五排放阶段，国六排放阶段实施迫在眉睫。
随着城市建设、农业发展，各类非道路移动机械在市场、生活中的应用迅速发展，非道路用柴油机的污染日益凸显，对其进行污染物排放控制的需要也越来越迫切。
2014年5 月正式发布了《非道路机械用柴油机排气污染物排放限值与测量方法（中国三、四阶段）》，随着非道路国三排放标准的实施，工程机械、农业装备机械用柴油机的技术升级到整车匹配都迎来了一次升级风，其产生的环境效益也非常庞大，因此对非道路用柴油机排放技术尤其是该技术的关键技术进行深入研究和分析很有必要。
1我国非道路用柴油机的国三排放现状非道路移动机械指的是以内燃机为动力的各种移动式机械设备，如工程机械、农业机械、发电机组等，与道路车辆同属移动污染源范畴。
我国非道路用柴油机每年新增约200 万台左右，全国每年超过 1 亿吨的柴油消耗总量中，约有20%用于各类非道路移动机械。
这些非道路移动机械是氮氧化物的重要排放源，初步估算每年约排放氮氧化物200 万吨以上。
面对无比严重的污染问题，2014 年5 月国家环保部发布了《非道路机械用柴油机排气污染物排放限值与测量方法（中国三、四阶段）》，从国二阶段到国三阶段，主要降低氮氧化合物（NOX和碳氮化合物（THC , 根据发动机功率的不同，降低幅度约30%-45%，国三阶段与国二阶段的污染物排放检测方法相同，与国三阶段新增加了排放控制耐久性要求（详见GB20891-2007和GB20891-2014）,第二阶段和第三阶段非道路机械用柴油机排气污染物排放限值见表 1 。
非道路国三阶段柴油机的技术路线，根据功率的不同，可采用共轨、增压中冷、废气再循环（EGR等技术，小型发动机可采用提高油泵、油嘴喷射压力、涡流室、增压中冷等技术。
目前各发动机企业采取的技术路线基本一致。
目前市场上能够达到非道路三阶段排放标准的主要技术路线有两种，一种是电控单体泵系统，另一种是电控高压共轨系统，现就两种系统的工作原理作一介绍，两种系统的工作原理基本一致，都是ECU （电子控制单元）随时收集发动机工况的各种信息，并通过对电磁阀的控制，现对发动机工况的控制。
降低柴油机排放的方案
降低柴油机排放的方案
赵春林
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2007(000)006
【摘要】柴油机的排放物主要是NO和PM.根据NO和PM的生成机理恰当地设计柴油机的燃烧过程,将有效地减少其排放.在讨论高压缩比与高压喷射等因素对柴油机燃烧过程积极影响的基础上,提出了使用高压缩比与利用高压共轨喷射系统实现"靴型"喷油率和高压喷射,以及使用其他措施改善柴油机燃烧过程的方案,来实现降低柴油机排放的目标.
【总页数】3页(P205-207)
【作者】赵春林
【作者单位】临汾市农业机械推广站,山西,临汾,041000
【正文语种】中文
【中图分类】TK421+.5
【相关文献】
1.基于燃烧路径图降低柴油机排放的试验研究 [J], 邱伟;周斌
2.降低非道路用柴油机排放试验 [J], 陈占耀;贾义;李亚楠;马志豪;张恒
3.用燃油添加剂降低小型柴油机排放的试验与分析 [J], 刘胜吉;王怀柱;王建;赵宇超
4.涡轮增压器优化匹配降低某车用轻型柴油机排放的试验研究 [J], 周成尧;周马兰;
陈少林;官庆武;闫海东;姚国瑞
5.降低柴油机排放污染物的策略 [J], 曹琪;淑芳
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主要内容
车用柴油机排放法规和排放控制技术 非道路机械用柴油机的排放控制技术
3
主要内容
车用柴油机排放法规和排放控制技术 非道路机械用柴油机的排放控制技术
4
排放法规主要考核的工况区
NOx
HDE
X
PM
HDE
80% PM ESC Cycle
80% NOx ESC Cycle
扭矩
LDV
80% NOx NEDC Cycle
Engine Speed (rpm)
6
氧化催化器(DOC)的有效作用范围
NOx
HDE
X
PM
HDE
80% PM ESC Cycle
Torque
80% NOx ESC Cycle
LDV
80% NOx NEDC Cycle
LDV
80% PM NEDC Cycle
Engine Speed (rpm)
Engine Speed (rpm)
16
轻型柴油车排放法规
N1： RM <1305kg
60 50
微粒 (mg/km)
欧3
40 30 20 10 0 0 0.1
欧4
欧6
欧5
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 NOx +HC (g/km)
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轻型柴油车排放法规
N1： RM <1305kg
60 50
微粒 (mg/km)
欧3
40 30 20 10 0 0 0.1
广西玉柴机器股份有限公司
Guangxi Yuchai Machinery Co., Ltd.
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道路车辆用和非道路机械用 柴油机排放控制策略
Diesel Emission Control Stratgy for Vehicle and non-road Maschinen
李勤 博士
Dr.-Ing. Q. Li 2011.6.7. 北京
Ｔ Ｈ Ａ Ｎ Ｋ Ｙ Ｏ Ｕ
28
14
装有玉柴国4重型柴油机的北京公交车
City Bus with Yuchai Euro 4 HD Engine 6000多台国4公交车每天减少NOx排放15吨多
15
装有玉柴国4轻型柴油机的客车
Bus with Yuchai Euro 4 LD Engine
玉柴国4轻型柴油机主流技术：EGR+DOC（POC）
7
微粒氧化器(POC)的有效作用范围
NOx
HDE
X
PM
HDE
80% PM ESC Cycle
Torque
80% NOx ESC Cycle
η＜50%
LDV
80% PM NEDC Cycle
LDV
80% NOx NEDC Cycle
Engine Speed (rpm)
Engine Speed (rpm)
NOx
HDE
X
PM
HDE
80% PM ESC Cycle
Torque
80% NOx ESC Cycle
LDV
80% NOx NEDC Cycle
LDV
80% PM NEDC Cycle
Engine Speed (rpm)
Engine Speed (rpm)
11
机 油 微 粒 (mg/kWh)
100 125 25 50 75 0
扭 矩 (N m )
ESC C1
发动机转速 (rpm)
23
瞬态循环
24
欧洲重型车用和非道路用柴油机 (>130 kW)的排放限值
0.2
Tier 3A
微粒 (g/kWh)
0.15 0.1 0.05
Tier 4 Tier 3B 欧洲5 欧洲4
欧洲3
0 0
欧洲6
1
2
3
4
5
NOx (g/kWh)
25
重型车用和非道路用柴油机
8
微粒捕集器(DPF)的有效作用范围
NOx
HDE
X
PM
HDE
80% PM ESC Cyycle
η＞95%
LDV
80% PM NEDC Cycle
LDV
80% NOx NEDC Cycle
Engine Speed (rpm)
Engine Speed (rpm)
欧 限 值
2 g/ kW h 1 g/ kW h 0. 0.
3
机油消耗对微粒排放的影响
欧
4
限 值
12
重型柴油机的缸筒变形
50
直 径 变 形 量 （ μm ）
40 30 20 10 0 2 3 4 5 6
变形阶次
13
装有玉柴国4重型柴油机的北京公交车
玉柴国4、国5重型柴油机主流技术：SCR
City Bus with Yuchai Euro 4 HD Engine
稳态循环工况点分布接近 非道路的部分负荷权重较高 非道路的瞬态循环工况分布较宽
Tier 3B排放限值接近欧5排放限值 Tier 4排放限值接近欧6排放限值
26
非道路用柴油机排放控制策略
固定式发动机：SCR技术为主 高动态发动机：EGR+DPF
(T3B)
EGR+DPF+SCR (T4)
27
谢 谢 您
LDV
80% PM NEDC Cycle
发动机转速 (rpm)
发动机转速 (rpm)
5
增压中冷的有效作用范围
NOx
HDE
X
PM
HDE
80% PM ESC Cycle
Torque
80% NOx ESC Cycle
LDV
80% NOx NEDC Cycle
LDV
80% PM NEDC Cycle
Engine Speed (rpm)
欧4
欧5后，壁流式的微粒捕集器将是标配
欧6 欧5
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 NOx +HC (g/km)
18
欧洲重型柴油机的排放限值
0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0
欧洲3
微粒 (g/kWh)
欧洲5 欧洲6
0 1 2
欧洲4
3 4 5
NOx (g/kWh)
19
机、燃油中不可氧化成分的影响
ESC循环微粒排放 （mg/kWh）
25 20 15 10 5 0
机油灰份 机油硫微粒 燃油灰份 燃油硫微粒
欧4/5限值
欧3状态
欧4状态
欧6限值
20
DPF + SCR
未来柴油机排气后处理的主流技术
21
主要内容
车用柴油机排放法规和排放控制技术 非道路机械用柴油机的排放控制技术
22
稳态循环(ESC和C1)
9
EGR的作用范围
NOx
HDE
X
PM
HDE
80% PM ESC Cycle
Torque
80% NOx ESC Cycle
LDV
80% NOx NEDC Cycle
LDV
80% PM NEDC Cycle
Engine Speed (rpm)
Engine Speed (rpm)
10
SCR系统的有效作用范围