《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求》浅析

刘顺利，王明达，纪 亮，李 刚，王 瑾，吉 喆

(1.济南汽车检测中心有限公司，山东 济南250102；2.中国环境科学研究院国家环境保护机动车污染控制与模拟重点实验室，北京100012；3.中国农业机械工业协会，北京100083)

0 引言

为进一步降低非道路柴油移动机械的污染物排放，2020年12月生态环境部发布了非道路柴油移动机械第四阶段的污染控制技术要求，即《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求》(HJ 1014—2020)。该标准是在新《大气污染防治法》实施后，第一个对新生产非道路柴油移动机械提出技术要求的标准，详细规定了第四阶段非道路柴油移动机械应该满足的技术要求。标准在适用范围中增加了机械的控制要求，并首次引入在用符合性、整机排放及远程监控等要求，因标准管控对象的变化，给柴油机械行业带来巨大挑战[1]。本文将详细对标准的主要内容进行梳理和分析。

1 标准主要内容

1.1 适用范围调整

GB 20891—2014标准中，适用范围为非道路移动机械装用的柴油机，即管控的对象仅仅是机械上的柴油机而不包含机械本身[2]。而本标准的适用范围调整为非道路柴油移动机械及其装用的柴油机，也就是说，从第四阶段开始不仅仅对柴油机有要求，对装用柴油机的机械同样有要求。

根据大气法第五十二条规定：机动车、非道路移动机械生产企业应当对新生产的机动车和非道路移动机械进行排放检验。经检验合格的，方可出厂销售，检验信息应当向社会公开。因此，标准的管控范围增加对机械排放达标要求，同时随着便携式测试设备(PEMS)的发展，也已经具备了对机械实现监管的能力。

1.2 限值进一步加严

GB 20891—2014标准中虽然已经明确了第四阶段的限值要求，但因近些年我国PM2.5浓度持续保持高位，进一步降低PM2.5的影响，成为当下应重点解决的环境污染问题之一，因此标准在限制中增加了颗粒物数量(PN)的要求，以引领行业采用高效降低颗粒物排放的控制技术，同时考虑到第四阶段选择性催化还原(SCR)系统的应用，限值中也增加了氨(NH3)泄露的要求。第三、四阶段限值详细比较如表1所示。

表1 非道路第三阶段和第四阶段限值比较

从表1可以看出，第四阶段主要加严了颗粒物质量(PM)的限值要求，根据功率段的不同，加严幅度在50%～94%。NOX也有一定程度的加严，在130～560 kW功率段，限值加严接近50%。从限值加严的程度，仅仅依靠机内净化已经无法满足标准要求，因此从第四阶段开始，37 kW以上非道路移动机械均需要增加机外净化技术以满足标准要求。

1.3 优化试验循环

柴油机的测试沿用GB 20891—2014标准中规定的试验循环，包括稳态测试循环(NRSC)和瞬态测试循环(NRTC)。但对电控燃油系统的柴油机额外增加了非标准循环的要求，即在标准规定的控制区域内，随机抽取3个点进行单点比排放量的测试，要求单点的比排放量小于限值的2倍。同时，根据柴油机功率和应用场景的不同，非标准循环的控制区域稍有差异，详细控制区要求如图1所示。图中1为控制区，3为PM非控区，a为最大净功率百分比，b为最大扭矩百分比。

图1 不同柴油机控制区要求Fig.1 Requirements of different diesel engine control zones

对于37～560 kW的非道路移动机械，增加了利用便携式排放测试设备(PEMS)进行在正常作业状态下排放测试的要求，测试结果为柴油机台架限值的2.5倍。PEMS的要求是实现对机械排放监管的最重要手段，长期以来，因为测试设备的原因，我国移动源行业一直没有对在用移动源有相关测试要求，污染物排放的管控仅仅停留在新产品定型阶段。研究表明，根据标准限值要求预测的我国污染物的排放量，与实际排放情况差异较大，而“大众门”事件的发生，进一步推动了加强对移动源实际排放管控要求的决心。

1.4 提出排放达标检查要求

排放达标检查主要分为两个部分，一部分为新生产机械的排放达标检查，另一部分为机械在用符合性达标检查。

1.4.1新生产机械达标检查

新生产机械达标检查分为企业自查和主管部门抽查。

对于自查，要求生产企业应自行制定自查规程，选择有足够代表性的机械按系族进行排放达标自查，并将自查计划和自查结果进行信息公开。自查按照PEMS检测规程和要求进行。在进行车载法测试时，应同时按照有关标准要求进行林格曼黑度等级的测试，黑度等级应小于1级。对于自查试验做详细记录并存档，该记录文档应至少保存5年。环境保护主管部门可根据需要检查试验记录。

对于抽查，环境保护主管部门可以对新生产机械进行排放基本配置核查、下线检查计划和自查结果检查及污染物排放检查各个环节进行达标监督抽查。对排放基本配置进行核查，如被检查的机械排放控制关键部件或排放控制策略与信息公开的内容不一致，则视为该型号机械检查不通过。对机械进行污染物排放检查时，按照标准要求，应从批量生产的机械中随机抽取3台，若3台机械的各污染物比排放量结果均不超过限值要求的1.1倍，且其平均值不超过限值要求，则判定环保一致性检查合格；若3台机械中任一台的某种污染物排放结果超过限值要求的1.1倍，或其平均值超过限值要求，则判定环保一致性检查不合格。

1.4.2在用符合性达标检查

在用符合性达标检查也分为企业自查和主管部门抽查。

对于自查，生产企业应在机械销售18个月内开展，并应制定在用符合性自查计划。在用符合性自查应以机械或柴油机系族为基础进行，并向环境保护主管部门报备。在用符合性自查每个系族最多抽取10台机械或柴油机，并规定了合格与否的判定条件，如表2所示。如在用符合性自查不合格，标准给出了企业整改的要求，并应提交改正不符合项的整改措施计划。

表2 抽样计划的合格和不合格判定数

对于抽查，由环境保护主管部门负责实施，选择具有代表性的机械，并保证机械状态正常，随机抽取3台机械，采用PEMS的测量要求进行排放测试。若2台及以上机械的测试结果满足标准限值的要求，则判定合格，否则不合格，在用符合性不合格可判定为耐久性不合格。

1.5 远程监控监管方法

我国非道路移动机械保有量超过5 000万台，还有接近3.5亿的机动车[3]。但目前监管队伍才几千人，如何才能有效地对移动源进行监管，经过多年的探索，我国总结出采用大数据远程监控的方式。大数据远程监控是实现对移动源有效监管的最可行办法。同时，根据《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》的要求，2020年年底前，对工程机械提出了加装远程排放管理终端的要求，因此标准对37 kW以上工程机械提出了要求[4]。

标准规定了车载终端应发送的定位信息、发动机性能信息和排放关键零部件状态信息等。主管部门可以通过远程终端读取机械的实时信息，判断机械的实际排放状况、各项排放控制策略是否有效运行和排放相关故障是否及时维修等。在新生产机械检查和在用符合检查时，可以对车载终端进行功能性检验，即所有控制系统检验在采用通用诊断仪进行测试的同时，采用远程排放管理平台来检测。

2 标准可行性分析

2.1 技术可行性

从燃油水平来看，第四阶段标准要求的基准燃油硫含量下降为10 mg/kg。我国普通燃油标准GB 252—2015要求自2017年7月1日起，普通柴油硫含量为不超过50 mg/kg；2017年11月1日开始全面供应硫含量不超过10 mg/kg的柴油；2019年1月1日，全国实施了国六柴油标准，车用柴油、普通柴油和部分船舶用油“三油并轨”[5]。燃油品质的提升为标准有效实施提供了坚实的基础保障[6]。

本标准与柴油车“国Ⅴ”水平接近[7]。选择性催化还原装置(SCR)和颗粒捕集器(DPF)是主流后处理技术，并需要采用柴油氧化催化器(DOC)和废气再循环(EGR)等辅助技术等。这些技术已在柴油车上成熟应用，同时在欧美非道路产品上也已应用。远程排放监控技术，已在重型柴油车上开始应用，非道路移动机械的车载终端及监管平台建设等可以重型柴油车的相关技术为基础。自本标准第一次公开征求意见以来，很多企业已启动“国Ⅳ”产品研发工作。

基于市场燃油情况、发动机主要零部件及后处理系统准备情况，并在充分考虑行业技术升级和试验验证时间基础上，本标准具备实施基本条件。

2.2 成本可行性

从升级成本来看，不同功率段机型可以采用不同的排放控制技术，因此成本增加也不一样。37 kW以下功率段的柴油机，在技术上并没有实质的突破，仅仅需要进一步优化进气、燃油系统即可，成本在量产的情况下几乎可以忽略不计。经咨询部分企业，560 kW以上柴油机基本都采用SCR系统，产品还在匹配过程中，大型的柴油机用的SCR供应商也在沟通确认中，暂时无法获知大概的增加成本。各功率段详细成本增加情况如表3所示。

表3 各功率段成本增加情况

3 结束语

根据市场调研和部分试验结果，要达到本标准要求，发动机生产企业还有大量的工作要做。从当前企业准备情况来看，各企业面临的压力各不相同，有些企业早已具备了满足该标准要求的多个机型，另一些企业缺少对国内相关标准的理解、跟进，导致目前新产品研发滞后。由此可见，企业应加大研发力度，逐步提高自身产品质量，才能在以后企业发展过程中立于不败之地。