劉順利，王明達，紀 亮，李 剛，王 瑾，吉 喆

(1.濟南汽車檢測中心有限公司，山東 濟南250102；2.中國環(huán)境科學(xué)研究院國家環(huán)境保護機動車污染控制與模擬重點實驗室，北京100012；3.中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會，北京100083)

0 引言

為進一步降低非道路柴油移動機械的污染物排放，2020年12月生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了非道路柴油移動機械第四階段的污染控制技術(shù)要求，即《非道路柴油移動機械污染物排放控制技術(shù)要求》(HJ 1014—2020)。該標準是在新《大氣污染防治法》實施后，第一個對新生產(chǎn)非道路柴油移動機械提出技術(shù)要求的標準，詳細規(guī)定了第四階段非道路柴油移動機械應(yīng)該滿足的技術(shù)要求。標準在適用范圍中增加了機械的控制要求，并首次引入在用符合性、整機排放及遠程監(jiān)控等要求，因標準管控對象的變化，給柴油機械行業(yè)帶來巨大挑戰(zhàn)[1]。本文將詳細對標準的主要內(nèi)容進行梳理和分析。

1 標準主要內(nèi)容

1.1 適用范圍調(diào)整

GB 20891—2014標準中，適用范圍為非道路移動機械裝用的柴油機，即管控的對象僅僅是機械上的柴油機而不包含機械本身[2]。而本標準的適用范圍調(diào)整為非道路柴油移動機械及其裝用的柴油機，也就是說，從第四階段開始不僅僅對柴油機有要求，對裝用柴油機的機械同樣有要求。

根據(jù)大氣法第五十二條規(guī)定：機動車、非道路移動機械生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)對新生產(chǎn)的機動車和非道路移動機械進行排放檢驗。經(jīng)檢驗合格的，方可出廠銷售，檢驗信息應(yīng)當(dāng)向社會公開。因此，標準的管控范圍增加對機械排放達標要求，同時隨著便攜式測試設(shè)備(PEMS)的發(fā)展，也已經(jīng)具備了對機械實現(xiàn)監(jiān)管的能力。

1.2 限值進一步加嚴

GB 20891—2014標準中雖然已經(jīng)明確了第四階段的限值要求，但因近些年我國PM2.5濃度持續(xù)保持高位，進一步降低PM2.5的影響，成為當(dāng)下應(yīng)重點解決的環(huán)境污染問題之一，因此標準在限制中增加了顆粒物數(shù)量(PN)的要求，以引領(lǐng)行業(yè)采用高效降低顆粒物排放的控制技術(shù)，同時考慮到第四階段選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)的應(yīng)用，限值中也增加了氨(NH3)泄露的要求。第三、四階段限值詳細比較如表1所示。

表1 非道路第三階段和第四階段限值比較

從表1可以看出，第四階段主要加嚴了顆粒物質(zhì)量(PM)的限值要求，根據(jù)功率段的不同，加嚴幅度在50%～94%。NOX也有一定程度的加嚴，在130～560 kW功率段，限值加嚴接近50%。從限值加嚴的程度，僅僅依靠機內(nèi)凈化已經(jīng)無法滿足標準要求，因此從第四階段開始，37 kW以上非道路移動機械均需要增加機外凈化技術(shù)以滿足標準要求。

1.3 優(yōu)化試驗循環(huán)

柴油機的測試沿用GB 20891—2014標準中規(guī)定的試驗循環(huán)，包括穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)(NRSC)和瞬態(tài)測試循環(huán)(NRTC)。但對電控燃油系統(tǒng)的柴油機額外增加了非標準循環(huán)的要求，即在標準規(guī)定的控制區(qū)域內(nèi)，隨機抽取3個點進行單點比排放量的測試，要求單點的比排放量小于限值的2倍。同時，根據(jù)柴油機功率和應(yīng)用場景的不同，非標準循環(huán)的控制區(qū)域稍有差異，詳細控制區(qū)要求如圖1所示。圖中1為控制區(qū)，3為PM非控區(qū)，a為最大凈功率百分比，b為最大扭矩百分比。

圖1 不同柴油機控制區(qū)要求Fig.1 Requirements of different diesel engine control zones

對于37～560 kW的非道路移動機械，增加了利用便攜式排放測試設(shè)備(PEMS)進行在正常作業(yè)狀態(tài)下排放測試的要求，測試結(jié)果為柴油機臺架限值的2.5倍。PEMS的要求是實現(xiàn)對機械排放監(jiān)管的最重要手段，長期以來，因為測試設(shè)備的原因，我國移動源行業(yè)一直沒有對在用移動源有相關(guān)測試要求，污染物排放的管控僅僅停留在新產(chǎn)品定型階段。研究表明，根據(jù)標準限值要求預(yù)測的我國污染物的排放量，與實際排放情況差異較大，而“大眾門”事件的發(fā)生，進一步推動了加強對移動源實際排放管控要求的決心。

1.4 提出排放達標檢查要求

排放達標檢查主要分為兩個部分，一部分為新生產(chǎn)機械的排放達標檢查，另一部分為機械在用符合性達標檢查。

1.4.1新生產(chǎn)機械達標檢查

新生產(chǎn)機械達標檢查分為企業(yè)自查和主管部門抽查。

對于自查，要求生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)自行制定自查規(guī)程，選擇有足夠代表性的機械按系族進行排放達標自查，并將自查計劃和自查結(jié)果進行信息公開。自查按照PEMS檢測規(guī)程和要求進行。在進行車載法測試時，應(yīng)同時按照有關(guān)標準要求進行林格曼黑度等級的測試，黑度等級應(yīng)小于1級。對于自查試驗做詳細記錄并存檔，該記錄文檔應(yīng)至少保存5年。環(huán)境保護主管部門可根據(jù)需要檢查試驗記錄。

對于抽查，環(huán)境保護主管部門可以對新生產(chǎn)機械進行排放基本配置核查、下線檢查計劃和自查結(jié)果檢查及污染物排放檢查各個環(huán)節(jié)進行達標監(jiān)督抽查。對排放基本配置進行核查，如被檢查的機械排放控制關(guān)鍵部件或排放控制策略與信息公開的內(nèi)容不一致，則視為該型號機械檢查不通過。對機械進行污染物排放檢查時，按照標準要求，應(yīng)從批量生產(chǎn)的機械中隨機抽取3臺，若3臺機械的各污染物比排放量結(jié)果均不超過限值要求的1.1倍，且其平均值不超過限值要求，則判定環(huán)保一致性檢查合格；若3臺機械中任一臺的某種污染物排放結(jié)果超過限值要求的1.1倍，或其平均值超過限值要求，則判定環(huán)保一致性檢查不合格。

1.4.2在用符合性達標檢查

在用符合性達標檢查也分為企業(yè)自查和主管部門抽查。

對于自查，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在機械銷售18個月內(nèi)開展，并應(yīng)制定在用符合性自查計劃。在用符合性自查應(yīng)以機械或柴油機系族為基礎(chǔ)進行，并向環(huán)境保護主管部門報備。在用符合性自查每個系族最多抽取10臺機械或柴油機，并規(guī)定了合格與否的判定條件，如表2所示。如在用符合性自查不合格，標準給出了企業(yè)整改的要求，并應(yīng)提交改正不符合項的整改措施計劃。

表2 抽樣計劃的合格和不合格判定數(shù)

對于抽查，由環(huán)境保護主管部門負責(zé)實施，選擇具有代表性的機械，并保證機械狀態(tài)正常，隨機抽取3臺機械，采用PEMS的測量要求進行排放測試。若2臺及以上機械的測試結(jié)果滿足標準限值的要求，則判定合格，否則不合格，在用符合性不合格可判定為耐久性不合格。

1.5 遠程監(jiān)控監(jiān)管方法

我國非道路移動機械保有量超過5 000萬臺，還有接近3.5億的機動車[3]。但目前監(jiān)管隊伍才幾千人，如何才能有效地對移動源進行監(jiān)管，經(jīng)過多年的探索，我國總結(jié)出采用大數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控的方式。大數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控是實現(xiàn)對移動源有效監(jiān)管的最可行辦法。同時，根據(jù)《柴油貨車污染治理攻堅戰(zhàn)行動計劃》的要求，2020年年底前，對工程機械提出了加裝遠程排放管理終端的要求，因此標準對37 kW以上工程機械提出了要求[4]。

標準規(guī)定了車載終端應(yīng)發(fā)送的定位信息、發(fā)動機性能信息和排放關(guān)鍵零部件狀態(tài)信息等。主管部門可以通過遠程終端讀取機械的實時信息，判斷機械的實際排放狀況、各項排放控制策略是否有效運行和排放相關(guān)故障是否及時維修等。在新生產(chǎn)機械檢查和在用符合檢查時，可以對車載終端進行功能性檢驗，即所有控制系統(tǒng)檢驗在采用通用診斷儀進行測試的同時，采用遠程排放管理平臺來檢測。

2 標準可行性分析

2.1 技術(shù)可行性

從燃油水平來看，第四階段標準要求的基準燃油硫含量下降為10 mg/kg。我國普通燃油標準GB 252—2015要求自2017年7月1日起，普通柴油硫含量為不超過50 mg/kg；2017年11月1日開始全面供應(yīng)硫含量不超過10 mg/kg的柴油；2019年1月1日，全國實施了國六柴油標準，車用柴油、普通柴油和部分船舶用油“三油并軌”[5]。燃油品質(zhì)的提升為標準有效實施提供了堅實的基礎(chǔ)保障[6]。

本標準與柴油車“國Ⅴ”水平接近[7]。選擇性催化還原裝置(SCR)和顆粒捕集器(DPF)是主流后處理技術(shù)，并需要采用柴油氧化催化器(DOC)和廢氣再循環(huán)(EGR)等輔助技術(shù)等。這些技術(shù)已在柴油車上成熟應(yīng)用，同時在歐美非道路產(chǎn)品上也已應(yīng)用。遠程排放監(jiān)控技術(shù)，已在重型柴油車上開始應(yīng)用，非道路移動機械的車載終端及監(jiān)管平臺建設(shè)等可以重型柴油車的相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)。自本標準第一次公開征求意見以來，很多企業(yè)已啟動“國Ⅳ”產(chǎn)品研發(fā)工作。

基于市場燃油情況、發(fā)動機主要零部件及后處理系統(tǒng)準備情況，并在充分考慮行業(yè)技術(shù)升級和試驗驗證時間基礎(chǔ)上，本標準具備實施基本條件。

2.2 成本可行性

從升級成本來看，不同功率段機型可以采用不同的排放控制技術(shù)，因此成本增加也不一樣。37 kW以下功率段的柴油機，在技術(shù)上并沒有實質(zhì)的突破，僅僅需要進一步優(yōu)化進氣、燃油系統(tǒng)即可，成本在量產(chǎn)的情況下幾乎可以忽略不計。經(jīng)咨詢部分企業(yè)，560 kW以上柴油機基本都采用SCR系統(tǒng)，產(chǎn)品還在匹配過程中，大型的柴油機用的SCR供應(yīng)商也在溝通確認中，暫時無法獲知大概的增加成本。各功率段詳細成本增加情況如表3所示。

表3 各功率段成本增加情況

3 結(jié)束語

根據(jù)市場調(diào)研和部分試驗結(jié)果，要達到本標準要求，發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)還有大量的工作要做。從當(dāng)前企業(yè)準備情況來看，各企業(yè)面臨的壓力各不相同，有些企業(yè)早已具備了滿足該標準要求的多個機型，另一些企業(yè)缺少對國內(nèi)相關(guān)標準的理解、跟進，導(dǎo)致目前新產(chǎn)品研發(fā)滯后。由此可見，企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)力度，逐步提高自身產(chǎn)品質(zhì)量，才能在以后企業(yè)發(fā)展過程中立于不敗之地。