孫　璐　戚可慧　陳　雪　錢　挺（天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所　天津　300072）

我國(guó)小型汽油機(jī)的現(xiàn)狀分析

孫璐戚可慧陳雪錢挺（天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所天津300072）

摘要：介紹了我國(guó)小型汽油機(jī)的行業(yè)運(yùn)行情況和國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品依據(jù)的環(huán)保和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，并對(duì)其現(xiàn)狀進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：摩托車汽油機(jī)通用小型汽油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)油耗排放

引言

我國(guó)和歐美通常將功率在30 kW和19 kW以下的汽油機(jī)稱為小型汽油機(jī)。作為該類產(chǎn)品的主體，我國(guó)摩托車汽油機(jī)和被廣泛用作園藝修剪、應(yīng)急發(fā)電、田間耕作、農(nóng)業(yè)灌溉、小型工程機(jī)械等配套動(dòng)力的通用小型汽油機(jī)近10年來發(fā)展迅速，目前年產(chǎn)量分別各占世界總產(chǎn)量的50%和40%，國(guó)內(nèi)保有量共計(jì)近1.9億臺(tái)，各占我國(guó)內(nèi)燃機(jī)社會(huì)保有量的27%。隨著小型汽油機(jī)保有量的逐漸增大，其排放污染問題越來越引起政府和社會(huì)的關(guān)注，在我國(guó)從世界小型汽油機(jī)工業(yè)產(chǎn)銷大國(guó)向工業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的時(shí)期，了解和掌握國(guó)內(nèi)外小型汽油機(jī)環(huán)保和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，對(duì)于實(shí)施我國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)節(jié)能減排的總體工作，鞏固和發(fā)展小型汽油機(jī)國(guó)際市場(chǎng)將具有十分重要的意義。

1　2010年以來中國(guó)中小功率汽油機(jī)的產(chǎn)量及未來的發(fā)展趨勢(shì)

2010年～2013各年度我國(guó)摩托車汽油機(jī)和通用小型汽油機(jī)產(chǎn)量如圖1、圖2所示，產(chǎn)量分別占其世界總產(chǎn)量的50%和40%（如圖3所示）。根據(jù)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，未來幾年，其年產(chǎn)量不會(huì)低于2500萬臺(tái)和2300萬臺(tái)。

圖1　2010～2013年度摩托車汽油機(jī)產(chǎn)量

圖2　2010～2013年度通用小型汽油機(jī)產(chǎn)量

圖3　我國(guó)各類動(dòng)力機(jī)械占世界總產(chǎn)量比例

2　中國(guó)小型汽油機(jī)現(xiàn)有的保有量及其發(fā)展趨勢(shì)

截止到2013年12月底，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品社會(huì)保有量為3.5億臺(tái)（2012年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為3億臺(tái)，2013年總產(chǎn)量8千萬臺(tái)，當(dāng)年出口約3千萬臺(tái)）。如圖4所示，代表小型汽油機(jī)主體的摩托車用汽油機(jī)（因摩托車汽油機(jī)是摩托車的動(dòng)力部分，故其保有量是通過摩托車整車保有量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)）和通用小型汽油機(jī)各占了其中的27%，保有量共計(jì)約1.9億臺(tái)。

圖4　內(nèi)燃機(jī)保有量分布

由于近年來國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)化的發(fā)展，摩托車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、發(fā)電機(jī)組、園林機(jī)械以及其它相關(guān)機(jī)械需求量上升勢(shì)頭強(qiáng)勁，故使適用于這些機(jī)械動(dòng)力設(shè)備的小型汽油機(jī)保有量未來幾年會(huì)突破2億臺(tái)。

3　國(guó)內(nèi)外小型汽油機(jī)的油耗和排放水平及法規(guī)要求

3.1油耗

3.1.1中國(guó)

目前，中國(guó)僅有汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 224-2007《摩托車和輕便摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)通用技術(shù)條件》對(duì)摩托車汽油機(jī)提出了在試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行的外特性試驗(yàn)時(shí)最低燃油消耗率的要求，具體限值如表1所示，其技術(shù)要求與1996年發(fā)布現(xiàn)已作廢的QC/T 29117.7-1993《摩托車和輕便摩托車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量考核評(píng)定方法》一致。通用小型汽油機(jī)尚無正式發(fā)布的油耗標(biāo)準(zhǔn)。

表1　摩托車汽油機(jī)最低燃油消耗率限值[1]

3.1.2國(guó)外

歐美等國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)體系目前尚未單獨(dú)對(duì)摩托車汽油機(jī)和通用小型汽油機(jī)提出油耗要求。

3.1.3中外小型汽油機(jī)油耗水平的比較分析

世界各國(guó)范圍內(nèi)尚無正式發(fā)布實(shí)施的通用小型汽油機(jī)油耗標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)現(xiàn)行摩托車汽油機(jī)油耗標(biāo)準(zhǔn)近20年沒有變化，水平相對(duì)較低。通過有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，經(jīng)過多年的技術(shù)改進(jìn)，我國(guó)摩托車汽油機(jī)油耗水平總體上已在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提升了10%～15%，雖然歐美日等國(guó)家尚未對(duì)摩托車用汽油機(jī)提出油耗控制要求，但由于先進(jìn)的研發(fā)體系和制造技術(shù)，使其油耗水平仍優(yōu)于我國(guó)目前同類產(chǎn)品的5%～10%。

3.2排放

3.2.1中國(guó)

1）摩托車汽油機(jī)

目前，中國(guó)對(duì)摩托車汽油機(jī)排放的要求按GB 14621-2011《摩托車和輕便摩托車排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（雙怠速法）》進(jìn)行考核，具體限值如表2和表3所示。

表2　雙怠速法型式核準(zhǔn)和生產(chǎn)一致性檢查排放限值[2]

2）通用小型汽油機(jī)

國(guó)內(nèi)對(duì)通用小型汽油機(jī)排放的要求按GB 26133-2010《非道路移動(dòng)機(jī)械用小型點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值與測(cè)量方法（中國(guó)第一、二階段）》進(jìn)行考核，具體限值如表4所示。該標(biāo)準(zhǔn)分階段實(shí)施控制過程如下：

表3　雙怠速法在用車排放限值

表4　中國(guó)通用小型汽油機(jī)排氣污染物排放限值[3]

a）第一階段（I階段）：2011年3月1日開始實(shí)施；

b）第二階段（II階段）：非手持式（FSH類）2013 年1月1日開始實(shí)施，手持式（SH類）2015年1月1日開始實(shí)施；

c）自上述規(guī)定日期起，所有發(fā)動(dòng)機(jī)或系族應(yīng)按照GB 26133-2010標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行排氣污染物型式核準(zhǔn)；

d）自上述規(guī)定型式核準(zhǔn)執(zhí)行日期之后一年起，所有制造和銷售的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)符合該標(biāo)準(zhǔn)的要求。

按照上述控制要求，2013年1月環(huán)保部發(fā)布公告，停止受理Ⅰ階段非手持式發(fā)動(dòng)機(jī)的型式核準(zhǔn)申請(qǐng)。

3.2.2國(guó)外

1）摩托車汽油機(jī)

歐美等國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)體系目前尚未單獨(dú)對(duì)摩托車汽油機(jī)提出排放要求。

2）通用小型汽油機(jī)

a）歐盟

目前對(duì)非道路小型火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行排放控制適用指令是2002年頒布的2002/88/EC（97/68/EC的補(bǔ)充指令）具體限值如表5所示，該標(biāo)準(zhǔn)分階段實(shí)施控制過程如表6所示。

表5　歐盟通用小型汽油機(jī)排氣污染物排放限值[4]

表6　歐盟2002/88/EC實(shí)施時(shí)間

b）美國(guó)EPA

1995年，美國(guó)環(huán)保署（EPA）發(fā)布了非道路點(diǎn)燃式小型發(fā)動(dòng)機(jī)第Ⅰ階段排放法規(guī)，適用于功率小于等于19kW（25hp）的非道路點(diǎn)燃式小型發(fā)動(dòng)機(jī)，但不包括船用、娛樂用（如摩托車或雪橇）。第Ⅰ階段標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施使得HC排放水平降低32%。

1999年3月，美國(guó)聯(lián)邦EPA發(fā)布了非手持式非道路點(diǎn)燃式小型發(fā)動(dòng)機(jī)第II階段排放法規(guī)；2000年6月，發(fā)布了手持式非道路點(diǎn)燃式小型發(fā)動(dòng)機(jī)第Ⅱ階段排放法規(guī)。非手持式設(shè)備在第Ⅰ階段的基礎(chǔ)上再減少60%的HC和NOx排放。手持式設(shè)備在第Ⅰ階段的基礎(chǔ)上再減少70%的HC和NOx排放。除加州外的49個(gè)州均采用該標(biāo)準(zhǔn)。

2008年9月4日EPA對(duì)通用小型汽油機(jī)開始執(zhí)行第Ⅲ排放限值，如表7所示，手持式設(shè)備與第Ⅱ階段相同，非手持式設(shè)備在第Ⅱ階段的基礎(chǔ)上再減少34%～38%的HC和NOx排放。其控制進(jìn)程如下：

表7　EPA第Ⅲ發(fā)動(dòng)機(jī)分類和排放限值[5]

1）2008年9月4日，發(fā)布第Ⅲ階段排放標(biāo)準(zhǔn)；

2）2010年1月1日，手持式發(fā)動(dòng)機(jī)開始實(shí)施第Ⅲ階段排放標(biāo)準(zhǔn)；

3）2011年1月1日，排量≥225mL的非手持式發(fā)動(dòng)機(jī)開始實(shí)施第Ⅲ階段排放標(biāo)準(zhǔn)；

4）2012年1月1日，排量＜225mL的非手持式發(fā)動(dòng)機(jī)開始實(shí)施第Ⅲ階段排放標(biāo)準(zhǔn)；

5）2009年1月1日，開始逐步實(shí)施油管、油箱、運(yùn)轉(zhuǎn)損失的蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)，具體實(shí)施時(shí)間如表8所示。

與Ⅱ階段相比，EPA第Ⅲ階段的主要變化為：

1）HC+NOx的排放限值加嚴(yán)；

表8　EPA蒸發(fā)排放控制內(nèi)容和實(shí)施時(shí)間[6]

2）增加了高海拔地區(qū)的符合性要求；

3）增加了溫室氣體（CO2，CH4，N2O）排放的申報(bào)要求；

4）增加了蒸發(fā)排放的要求；

5）發(fā)動(dòng)機(jī)分類取消了非手持式的I-A和I-B類，80mL以下（包括80mL）發(fā)動(dòng)機(jī)都按照手持式的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

c）美國(guó)加州CARB

CARB現(xiàn)階段適用的排放限值和耐久時(shí)間以及蒸發(fā)排放要求如表9和表10所示。

表9　CARB排放限值和耐久時(shí)間[7]

表10　CARB蒸發(fā)排放要求[8，9]

CARB蒸發(fā)排放法規(guī)特點(diǎn)如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)或設(shè)備整機(jī)的蒸發(fā)認(rèn)證可以分為2種認(rèn)證方式：按照設(shè)計(jì)認(rèn)證——基于13 CCR 2754（b），選擇合格的經(jīng)過預(yù)先認(rèn)證的蒸發(fā)排放系統(tǒng)部件，可以不再進(jìn)行試驗(yàn)；按照性能認(rèn)證——基于13 CCR 2754（a），須經(jīng)SHED試驗(yàn)即密封室蒸發(fā)試驗(yàn)。

蒸發(fā)排放系統(tǒng)部件包括燃油箱、油箱蓋、碳罐、油管等，這些零部件的生產(chǎn)商可以預(yù)先進(jìn)行零部件的蒸發(fā)認(rèn)證。零部件認(rèn)證通過后，由加州大氣資源局列入蒸發(fā)排放系統(tǒng)部件的預(yù)先認(rèn)證名單并發(fā)布到CARB的SORE（小型非道路用發(fā)動(dòng)機(jī)）網(wǎng)站上，可供發(fā)動(dòng)機(jī)或設(shè)備整機(jī)制造商選用。

3.2.3中外法規(guī)比較分析

1）摩托車汽油機(jī)

從排放角度考慮，嚴(yán)格說，包括中國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)尚未發(fā)布能適用于摩托車實(shí)際使用工況的摩托車汽油機(jī)排放法規(guī)，而該標(biāo)準(zhǔn)體系的研究和建立將會(huì)大大促進(jìn)摩托車整車排放的改進(jìn)。

2）通用小型汽油機(jī)

a）中國(guó)從2011年才開始對(duì)通用小型汽油機(jī)提出排放控制要求，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的建立和實(shí)施的基礎(chǔ)落后于歐美；

b）中國(guó)目前執(zhí)行的通用小型汽油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)（第二階段）的發(fā)動(dòng)機(jī)分類與排放限值與歐盟現(xiàn)行法規(guī)相同；

c）中國(guó)和歐盟手持式發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的限值與美國(guó)（EPA和CARB）現(xiàn)行第Ⅲ階段的發(fā)動(dòng)機(jī)排放限值標(biāo)準(zhǔn)一致；

d）中國(guó)和歐盟非手持式發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的限值總體落后于美國(guó)（EPA和CARB）現(xiàn)行第Ⅲ階段的發(fā)動(dòng)機(jī)排放限值；

e）美國(guó)（EPA和CARB）已經(jīng)實(shí)施蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)，歐盟和中國(guó)目前尚未實(shí)施蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)。

4　結(jié)論

當(dāng)前我國(guó)小型汽油機(jī)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等主要指標(biāo)以及依據(jù)的環(huán)保法規(guī)與國(guó)際先進(jìn)水平尚有一定的差距，具有國(guó)際品牌和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的制造企業(yè)較少。在用的作為摩托車、園藝修剪、應(yīng)急發(fā)電、田間耕作、農(nóng)業(yè)灌溉、小型工程機(jī)械等配套動(dòng)力的小型汽油機(jī)還存在很多低水平、高能耗產(chǎn)品。因此，建立和改進(jìn)目前我國(guó)小型汽油機(jī)環(huán)保和節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，將對(duì)于推進(jìn)我國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)節(jié)能減排，加快內(nèi)燃機(jī)工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、保障我國(guó)能源安全和應(yīng)對(duì)氣候變化發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

1全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).QC/T 224-2007《摩托車和輕便摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)通用技術(shù)條件》[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007

2環(huán)境保護(hù)部.GB 14621-2011《摩托車和輕便摩托車排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（雙怠速法）》[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2011

3環(huán)境保護(hù)部.GB 26133-2010《非道路移動(dòng)機(jī)械用小型點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值與測(cè)量方法（中國(guó)第一、二階段）》[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2011

4The European Parliament and the Council.DIRECTIVE 2002/88/EC amending Directive 97/68/EC on the approximation of the lawsof theMember States relating tomeasures against the emission of gaseous and particulate pollutants from internal combustion engines to be installed in nonroadmobilemachinery[S].Official Journal of the European Union，2003

5Environmental Protection Agency.40 CFR part 1054-control ofemissions from new,smallnonroad spark ignition enginesand equipment[S].Federal Register，2008

6Environmental Protection Agency.40 CFR part1060-control of evaporative emissions from new and in-use nonroad and stationary equipment[S].FederalRegister，2008

7EnvironmentalProtection Agency.40 CFR part1054-part3 final regulation order testproceduressmalloff-road engines [S].Federal Register，2010

8California Environmental Protection Agency Air Resources Board.Cal.Adm in.Code tit.13,§2755 permeation emissionsperformance standard[S].California CodeofRegulations，004

9California Environmental Protection Agency Air Resources Board.Cal.Admin.Code tit.13,§2754 evaporative emission performanceand design standards[S].California Code ofRegulations，2004

中圖分類號(hào)：TK417+.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8234（2015）02-0092-05

收稿日期：（2015-03-11）

作者簡(jiǎn)介：孫璐（1987-），女，助理工程師，主要從事汽車摩托車行業(yè)信息情報(bào)工作。

Analysisof the Current Situationsof SmallGasoline Engine in China

Sun Lu，QiKehui，Chen Xue，Qian Ting
Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute，Tianjin University（Tianjin，300072，China）

Abstract：This paper introduces the industry operation situations of small gasoline engine in China and the standardsand regulationsofenvironmentalprotection and energy conversation of the productsbelonging to smallgasolineengine in domestic and abroad，including analysisand research of theircurrentsituations.

Keywords：Gasoline engine ofmotorcycle，Universal small gasoline engine，Standards and regulations，F(xiàn)uelconsumption，Emission