王建超 朱天飛 王 青 石 偉 周榮波

（天津內(nèi)燃機研究所（天津摩托車技術(shù)中心） 天津 300072）

引言

GTR（Global Technical Regulation），即全球統(tǒng)一汽車技術(shù)法規(guī)，由聯(lián)合國UN/WP29（中文名稱世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇）負責制定和發(fā)布。為了減少空氣污染，強化型式認證的統(tǒng)一性，提升環(huán)保性能試驗的經(jīng)濟性，中國、美國、歐盟、日本等國家和地區(qū)在1998年簽署了《全球汽車技術(shù)法規(guī)協(xié)定書》，簡稱《1998 年協(xié)定書》。每個同意某一GTR 法規(guī)的締約方都應(yīng)及時將該法規(guī)引入到自身的法律法規(guī)系統(tǒng)之中。作為締約國，我們必須掌握GTR 法規(guī)的具體技術(shù)內(nèi)容，才能在結(jié)合國情的前提下融入到自身法規(guī)的實施和修訂中；實時了解國際法規(guī)發(fā)展動向，才能保持我國法規(guī)和標準的先進性，讓我們生產(chǎn)的產(chǎn)品更好地滿足國際市場的要求。

1 GTR2

目前涉及到摩托車排放的GTR 系列法規(guī)概況見表1。

表1 摩托車排放相關(guān)的GTR 法規(guī)

第2 號全球技術(shù)法規(guī)[1]涉及兩輪摩托車的以下試驗項目：

1）Ⅰ型試驗（常溫下冷起動后排氣污染物排放試驗）。

2）Ⅱ型試驗（雙怠速試驗）。

1.1 Ⅰ型試驗

1.1.1 一般要求

GTR2 對于Ⅰ型試驗的一般要求與國四[2-3]基本相同，但在某些細節(jié)上有所差別，需要注意。主要體現(xiàn)在：

1）基準燃料：汽油車的I 型試驗需要采用表A4.App2/2 或表A4.App2/4 規(guī)定的基準燃料。燃料的技術(shù)參數(shù)與我國現(xiàn)行國四階段所規(guī)定的基準燃料不同（參見GB 14622—2016 附錄H）。

2）冷卻風機：冷卻風機出口下邊緣離地高度為5～20 cm（此處我國國四要求為15～20 cm）。

3）排放限值：對于不同分類的兩輪摩托車，GTR統(tǒng)一了各種氣體污染物的排放限值，如表2 所示。

表2 I 型試驗排放限值要求mg/km

締約方也可以選擇替代方案，根據(jù)車輛分類選擇A、B 或C 方案，各方案氣體污染物排放限值不得超過表3 中的規(guī)定。

表3 I 型試驗排放限值的替代方案（點燃式）mg/km

考慮到實際國情，我國目前的國四階段排放限值為B 方案。

1.1.2 試驗程序

根據(jù)車輛發(fā)動機排量和最大設(shè)計車速對車輛進行分類，然后選擇對應(yīng)的試驗循環(huán)。GTR2 采用的是WMTC 循環(huán)（世界統(tǒng)一摩托車試驗循環(huán)），該循環(huán)最多包括三個部分（附件4 附錄12），循環(huán)工況與我國國四兩輪普通摩托車相同。

GTR2 將輕便車分成了0-1 和0-2 兩個子類別，如表4 所示。

表4 0 類車的類別劃分

圖1 展示了0 類車的試驗循環(huán)工況。0-1 類車按照藍色曲線行駛，0-2 類車按照紅色曲線行駛。循環(huán)分為重復的兩個階段，第一階段為冷態(tài)循環(huán)，第二階段為熱態(tài)循環(huán)。

圖1 0 類車試驗循環(huán)

GTR2 對于車輛預處理、駕駛要求、試驗流程和試驗次數(shù)、結(jié)果分析的要求與國四相同，但在結(jié)果的加權(quán)上有所區(qū)別。GTR2 使用的各階段加權(quán)因子如表5 所示。

表5 各類車適用的加權(quán)因子

從表中可以看出，本法規(guī)與國四相比不僅0 類車的加權(quán)不同（國4 輕便為：W1=0.3，W2=0.7），Ⅰ類車的加權(quán)因子也不同。我國現(xiàn)行的國四規(guī)定的Ⅰ類車加權(quán)因子為W1=0.50，W2=0.50。

1.2 Ⅱ型試驗

GTR2 對Ⅱ型試驗的一般要求、試驗方法和流程、CO 濃度計算方法均與國四相同，限值由締約方規(guī)定。

2 GTR17

第17 號全球技術(shù)法規(guī)[4]涉及以下試驗項目：

1）Ⅲ型試驗（曲軸箱污染物排放試驗）。

2）Ⅳ型試驗（蒸發(fā)污染物排放試驗）。

2.1 Ⅲ型試驗

為了避免曲軸箱將任何燃油、潤滑油或廢氣直接排放到大氣中，車輛的制造商應(yīng)向認證機構(gòu)或其指定機構(gòu)出具必要的資料，如詳細的技術(shù)參數(shù)和圖紙證明等，來證明車輛所裝備的曲軸箱是完全密閉的[5]，如果無法證明則需要對車輛進行Ⅲ型試驗，具體的試驗方法在獲得EPPR IWG 工作組通過后，會補充到之后的修正案中。

2.2 Ⅳ型試驗

Ⅳ型試驗有三個等級[6]：

A 級：非金屬燃油箱滲透排放試驗。

B 級：燃油箱和燃油管滲透排放試驗。

C 級：整車密閉室（SHED）試驗。

兩輪摩托車、邊三輪摩托車和三輪摩托車的Ⅳ型試驗只能選擇C 級，其它車輛則允許締約方選擇任一種。并且還規(guī)定了締約方對車輛試驗報告的認可要求，不應(yīng)低于締約方自身所采用的試驗等級，具體如表6 所示。

表6 蒸發(fā)污染物排放試驗的三個等級

Ⅳ型試驗三個等級的試驗限值如表7 所示。

表7 Ⅳ型試驗限值

2.2.1 非金屬燃油箱滲透排放試驗

非金屬燃油箱滲透排放[7-8]測試的主要試驗要求：測試溫度應(yīng)為40±2 ℃。

加入試驗用基準燃料，加入量為燃油箱額定容積的一半，存放在40±2 ℃的環(huán)境下至少4 w，這時燃料的質(zhì)量損失應(yīng)趨于穩(wěn)定。然后抽凈燃油，再次加入油箱容積一半的基準燃料，存放在40±2 ℃的環(huán)境下，使油箱內(nèi)的燃料溫度符合40±2 ℃的測試溫度要求，然后密封油箱。測試中可以采取措施補償油箱中的壓力變化。

測試周期為8 w，在此期間應(yīng)測量燃油的擴散損失量，要求每天的最大平均擴散量滿足表7 所示的要求。如果超過了限值，則還需要將測試溫度調(diào)整到23±2 ℃進行試驗（但注意燃料的存放溫度不變，仍是40±2 ℃），此時測得的燃料損失量應(yīng)滿足表7 所示要求。

2.2.2 燃油箱和燃油管滲透排放試驗

此試驗的部件不含油量表及控制系統(tǒng)。

第一步是燃油箱和燃油管的燃油浸置。具體方法是在燃油箱中加入額定容積100%的燃料，密封好油箱后存儲在28±5 ℃的環(huán)境中20 w，也可以選擇放置在43±5 ℃的環(huán)境中10 w。如果制造商想提升浸置溫度以縮短浸置周期，則需要向認證機構(gòu)證明碳氫化合物的滲透率已趨于穩(wěn)定。對于非全流程測試，只接受在28±5 ℃或者43±5 ℃溫度下浸置?？梢杂糜拖渖w和其他裝置密封油箱的加油口以及出油口。若不能正常密封，可用非滲透裝置密封。燃油管試驗中保證箍緊油管卡箍。

對于非金屬燃油箱，還有額外的耐久性試驗要求。

預處理完成后，稱量密封的油箱，以mg 為單位記錄質(zhì)量。該測量應(yīng)在油箱加滿試驗燃料后8 h 內(nèi)進行。密封燃料箱，在28±5 ℃的環(huán)境中放置14 d，期間稱重并記錄。每周應(yīng)稱重5 d。將整個周期內(nèi)的油箱稱重值與試驗天數(shù)做線性擬合，得出的線性回歸相關(guān)系數(shù)r2應(yīng)不低于0.8，否則試驗結(jié)果無效。滲透排放值（mg/m2/d）的計算方法是用油箱質(zhì)量變化值除以油箱內(nèi)表面積，再除以測試天數(shù)。制造商可以要求額外增加最多14 d 的試驗周期。

制造商可以選擇以下方法中的一種來確定劣化系數(shù)（DF）：

1）滲透排放結(jié)果除以基準蒸發(fā)污染物排放結(jié)果。

2）使用固定的劣化系數(shù)，DF=300 mg/m2/d。

如果選擇全流程試驗，應(yīng)將得到的滲透排放結(jié)果乘以1）中確定的DF 值，或加上2）中確定的DF值。最終結(jié)果應(yīng)滿足表7 所示的要求。

如果選擇的是非全流程試驗，最終結(jié)果應(yīng)滿足表7 所示的要求。

2.2.3 整車密閉室（SHED）試驗

準備：預處理、靜置；

試驗：晝間、預處理、熱浸；

結(jié)果：晝間和熱浸試驗的蒸發(fā)測量值之和即為SHED 試驗的最終結(jié)果。

制造商可以采用以下兩種方法之一進行試驗：

1）SHED 試驗的最終結(jié)果加上固定DF 值。

2）試驗時使用老化的蒸發(fā)污染物控制裝置。

蒸發(fā)污染物控制裝置的老化方法：

如果車輛裝有多個碳罐，應(yīng)對每個碳罐都進行老化。

老化程序A：按照表8 中的循環(huán)次數(shù)，按下面的方法處理炭罐：

表8 炭罐老化的循環(huán)次數(shù)

先在24±2 ℃溫度下，對炭罐進行脫附。然后在1 min 內(nèi)開始吸附操作。往燃油箱加入額定容積一半的基準燃料或市售燃料，在40℃±2 ℃的溫度下產(chǎn)生燃油蒸氣與空氣的混合氣使碳罐吸附，吸附速率為40 g/h。炭罐達到臨界點的判定與國四相同，并且同樣要求在吸附與脫附之間應(yīng)間隔5 min。脫附時，脫附流量和脫附總體積同樣設(shè)置為24 L/min 和400 倍炭罐容積。

老化程序B：按照表8 中的循環(huán)次數(shù)，按下面的方法處理炭罐：

試驗循環(huán)包括使用汽油蒸氣，使炭罐吸附至其最大存儲能力的80%，將系統(tǒng)進氣口密閉10 min。然后應(yīng)在20 ℃±5 ℃下以28.3±5.5 L/min 的速率脫附7.5 min。吸附時可以將裝滿特定質(zhì)量汽油的燃油箱加熱至80 ℃，此時大概有1/3 的汽油會蒸發(fā)，而蒸發(fā)出汽油量相當于炭罐存儲能力的80%。

SHED 試驗的預處理要求與國四相同，預處理之后的靜置時間應(yīng)滿足表9 所示的規(guī)定。

表9 靜置時間規(guī)定

靜置完成后，進行晝間換氣損失試驗。

車輛、試驗裝置、燃油的準備與國四相同。車輛推入SHED 后，對油箱中的燃料和蒸汽進行加熱，加熱方法和加熱曲線與國四規(guī)定相同。

晝間試驗后，需要對車輛再進行一次預循環(huán)。然后同樣要求完成循環(huán)的7 min 內(nèi)，發(fā)動機關(guān)閉后2 min內(nèi)，開始熱浸試驗。

3 GTR18

第18 號全球技術(shù)法規(guī)主要涵蓋以下內(nèi)容：

1）第Ⅰ階段：OBD 系統(tǒng)功能要求。

2）第Ⅱ階段：OBD 系統(tǒng)的環(huán)保試驗（Ⅷ型試驗）。

3.1 OBD 系統(tǒng)功能要求

需要監(jiān)測車輛控制系統(tǒng)中的各種電路問題，包括電路的連續(xù)性和合理性，并且對于電路連續(xù)性的監(jiān)測還包含高低電壓的情況。

根據(jù)GTR 法規(guī)要求，車輛必須配有OBD 系統(tǒng)第Ⅰ階段，OBD 系統(tǒng)應(yīng)在車輛使用期間及時識別各種故障，并提供警示和說明。

3.1.1 故障指示器（MI）的激活

OBD 系統(tǒng)必須裝配故障指示器（MI），以及時通知駕駛者車輛出現(xiàn)的故障。GTR 對于MI 的可見性和顏色要求與國四相同。激活的MI 所使用的符號，應(yīng)符合ISO 2575：2010（符號序號F.01）的相關(guān)規(guī)定。車輛只能安裝一個故障指示器。

對于MI 的激活方案（激活所需要的循環(huán)次數(shù)）的規(guī)定與國四相同，如2 個以上循環(huán)需要提供證明，拒絕10 個以上循環(huán)的激活方案等。

將點火開關(guān)打開但沒有起動發(fā)動機時，OBD 應(yīng)檢測故障，且無論有沒有檢測到故障，都應(yīng)激活MI。對于未裝配電池的車輛，則要求MI 在發(fā)動機起動后立即點亮，并在點亮5 s 內(nèi)熄滅。

OBD 系統(tǒng)應(yīng)記錄、存儲并能夠顯示故障碼。每種故障對應(yīng)獨立的故障碼，駕駛者或維修人員可以根據(jù)故障碼鑒別各種故障并采取下一步措施。

在MI 激活的狀態(tài)下，應(yīng)隨時可以通過標準診斷接口獲取車輛的行駛距離。若車輛配備的是機械式里程表，則可以使用發(fā)動機運轉(zhuǎn)時間代替行駛距離數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)也應(yīng)能夠隨時獲得。

3.1.2 故障指示器（MI）的熄滅

在MI 激活后的3 個連續(xù)循環(huán)中，故障不再出現(xiàn)，也沒有出現(xiàn)新故障的情況下，MI 可以熄滅。

3.1.3 故障碼的清除

發(fā)動機在運轉(zhuǎn)40 個以上的循環(huán)后沒有再檢測到該故障，OBD 系統(tǒng)才能清除對應(yīng)的故障碼、凍結(jié)幀和行駛距離。

車輛斷電時，存儲的故障信息不應(yīng)被清除。

3.1.4 凍結(jié)幀和診斷接口

OBD 系統(tǒng)應(yīng)保存故障發(fā)生當時的第一個故障碼和相應(yīng)凍結(jié)幀數(shù)據(jù)。制造商應(yīng)該選擇最合適的凍結(jié)幀進行存儲。通常只需存儲一幀數(shù)據(jù)，制造商也可以選擇存儲多幀數(shù)據(jù)。

OBD 系統(tǒng)的通訊連接、試驗裝置和診斷工具的技術(shù)要求、診斷信息和數(shù)據(jù)格式、故障代碼、連接口的標準化應(yīng)采用GTR 認可的ISO 和SAE 標準[9-12]，這些要求與國四相同。

診斷連接器最好安裝在座位下方，若安裝在其他位置需要獲得主管部門認可，且該位置應(yīng)易于維修，但要防止非法竄改。制造商應(yīng)在車輛手冊中明確標明連接器的具體位置。

3.2 OBD 系統(tǒng)環(huán)保試驗（Ⅷ型試驗）

3.2.1 試驗概述

Ⅷ型試驗不是必需的，是否進行由締約方?jīng)Q定。該試驗通過模擬發(fā)動機管理系統(tǒng)或排放控制系統(tǒng)的故障，來測試車輛OBD 系統(tǒng)功能，制造商應(yīng)提供缺陷部件，也可以提供故障模擬裝置。如果締約方用失效閾值作為MI 激活的標準，在故障存在的情況下進行Ⅰ型試驗時測得的排放值不得超出OBD 排放閾值20%，但電路的短路/開路除外。在缺陷車輛的試驗過程中，如果MI 被激活，則認可該OBD 系統(tǒng)的型式試驗。如果在未達到OBD 排放閾值時MI 被激活，則也認可該OBD 系統(tǒng)的型式試驗。

3.2.2 試驗程序

Ⅷ型試驗包括：

1）模擬故障。

2）預處理故障車輛，如果締約方將失效閾值作為MI 激活的標準，排放結(jié)果將超過OBD 閾值。

3）對故障的車輛進行Ⅰ型試驗，測量排氣污染物，確定MI 是否被激活。

4）若制造商要求在I 型試驗循環(huán)之外監(jiān)測，則需要向型式認證機構(gòu)證明，I 型試驗循環(huán)中進行監(jiān)測對車輛的實際使用有限制性。對于所有試驗，MI 應(yīng)在循環(huán)完成前點亮。

3.2.3 具體說明

預處理：模擬故障后，車輛應(yīng)連續(xù)運行不少于2個I 型試驗循環(huán)。壓燃式發(fā)動機車輛，允許增加2 個循環(huán)。如果制造商要求，也可以采用替代方法。

故障模擬：裝用點燃式（PI）發(fā)動機的車輛，任何表10 中的電路開路；電控蒸發(fā)脫附裝置的電路開路（此時不需進行I 型試驗）。裝用壓燃式（CI）發(fā)動機的車輛，供油系統(tǒng)中的電控燃油計量和正時執(zhí)行器中電路的開路或短路；與引起發(fā)動機跛行模式的動力系統(tǒng)的控制計算機相連的其他有關(guān)部件的開路或短路。

MI 激活的標準由締約方自行規(guī)定，締約方需要在其自身法規(guī)中給出MI 點亮和熄滅的標準。

無論是PI 發(fā)動機還是CI 發(fā)動機的車輛，型式認證時最多模擬4 種故障，且在試驗結(jié)束前MI 都應(yīng)該被激活。對于兩用燃料車，要求分別使用兩種燃料進行故障模擬。

4 耐久法規(guī)

在2021 年1 月13 日到15 日舉行的第82 屆GRPE 會議上，EPPR 非正式工作組（EPPR IWG）提出了制定新的聯(lián)合國GTR 標準的請求，主要涉及兩輪和三輪摩托車污染物控制裝置的耐久性試驗。目標是在歐洲標準的基礎(chǔ)上，確定需要進一步技術(shù)改進的領(lǐng)域，接著研究需要改進的領(lǐng)域，以使其反映各地區(qū)的不同需求，最終編制出聯(lián)合國耐久性全球技術(shù)法規(guī)的第一份綜合草案法規(guī)，在制定聯(lián)合國全球技術(shù)法規(guī)時，EPPR IWG 將考慮現(xiàn)有法規(guī)，以達到試驗程序和要求的統(tǒng)一。

需要參考的地區(qū)法規(guī)有：

1）歐盟關(guān)于兩輪或三輪摩托車以及四輪摩托車環(huán)境性能的法規(guī)（第168/2013 號歐盟法規(guī)及其5 號補充法規(guī)），提供了試驗程序和后處理設(shè)備的耐久性要求。

2）日本在其“機動車執(zhí)行程序，附加規(guī)則7：耐久性駕駛實施程序”中闡述了耐久性法規(guī)型式認證。

3）美國環(huán)境保護局在“公路用摩托車和實際駕駛中的劣化系數(shù)決定因素法規(guī)以及排放測試”報告中提到了耐久性問題。它還考慮了輕型車輛的耐久性。

4）中國標準包括V 型耐久性試驗，分別考慮了摩托車和輕便摩托車。

5）加利福尼亞州空氣資源委員會關(guān)于耐久性的規(guī)定載于加利福尼亞州法規(guī)Title13 第1958（c）節(jié)。

法規(guī)編制過程中重點討論的內(nèi)容有：各類車的最小耐久里程、固定劣化系數(shù)、數(shù)學耐久方法的磨合里程等。EPPR IWG 編制標準文稿，于2021 年底形成正式文件提交給GRPE，2022 年初新的GTR 文稿在GRPE 授權(quán)下交至WP29 和AC.3 討論并投票，2022年9 月5 日，新的GTR 法規(guī)發(fā)布，即GTR23：《裝配有內(nèi)燃機的兩輪和三輪摩托車排放污染物控制裝置的耐久測試程序》[13]。

我國積極參與GTR 耐久法規(guī)的制定過程，反饋中國車輛特點和道路狀況，提供能夠反映中國實際行駛特征的試驗數(shù)據(jù)，力求制定的全球統(tǒng)一耐久法規(guī)能夠適用于中國實際道路特征。

5 結(jié)束語

隨著全球經(jīng)貿(mào)一體化的發(fā)展，摩托車產(chǎn)業(yè)在設(shè)計、制造、流通過程中也日益全球化，為了滿足全球的環(huán)保需求和經(jīng)濟高效的貿(mào)易需求，制定全球統(tǒng)一的排放法規(guī)迫在眉睫，一系列的GTR 法規(guī)相繼出臺。我們應(yīng)緊密關(guān)注國際法規(guī)的發(fā)展動態(tài)，掌握各項GTR 法規(guī)的具體內(nèi)容和技術(shù)要求，才能在結(jié)合國情的前提下融入到自身法規(guī)的實施和修訂中，才能保持我國法規(guī)和標準的先進性，讓我們生產(chǎn)的產(chǎn)品更好地滿足國際市場的要求。