我國小型汽油機的現(xiàn)狀分析

孫　璐　戚可慧　陳　雪　錢　挺（天津大學內燃機研究所　天津　300072）

我國小型汽油機的現(xiàn)狀分析

孫璐戚可慧陳雪錢挺（天津大學內燃機研究所天津300072）

摘要：介紹了我國小型汽油機的行業(yè)運行情況和國內外相關產(chǎn)品依據(jù)的環(huán)保和節(jié)能標準法規(guī)，并對其現(xiàn)狀進行了分析研究。

關鍵詞：摩托車汽油機通用小型汽油機標準法規(guī)油耗排放

引言

我國和歐美通常將功率在30 kW和19 kW以下的汽油機稱為小型汽油機。作為該類產(chǎn)品的主體，我國摩托車汽油機和被廣泛用作園藝修剪、應急發(fā)電、田間耕作、農(nóng)業(yè)灌溉、小型工程機械等配套動力的通用小型汽油機近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%，國內保有量共計近1.9億臺，各占我國內燃機社會保有量的27%。隨著小型汽油機保有量的逐漸增大，其排放污染問題越來越引起政府和社會的關注，在我國從世界小型汽油機工業(yè)產(chǎn)銷大國向工業(yè)強國邁進的時期，了解和掌握國內外小型汽油機環(huán)保和節(jié)能標準法規(guī)，對于實施我國內燃機工業(yè)節(jié)能減排的總體工作，鞏固和發(fā)展小型汽油機國際市場將具有十分重要的意義。

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

2010年～2013各年度我國摩托車汽油機和通用小型汽油機產(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)國內外市場的需求，未來幾年，其年產(chǎn)量不會低于2500萬臺和2300萬臺。

圖1　2010～2013年度摩托車汽油機產(chǎn)量

圖2　2010～2013年度通用小型汽油機產(chǎn)量

圖3　我國各類動力機械占世界總產(chǎn)量比例

2　中國小型汽油機現(xiàn)有的保有量及其發(fā)展趨勢

截止到2013年12月底，我國內燃機產(chǎn)品社會保有量為3.5億臺（2012年統(tǒng)計數(shù)據(jù)為3億臺，2013年總產(chǎn)量8千萬臺，當年出口約3千萬臺）。如圖4所示，代表小型汽油機主體的摩托車用汽油機（因摩托車汽油機是摩托車的動力部分，故其保有量是通過摩托車整車保有量進行統(tǒng)計）和通用小型汽油機各占了其中的27%，保有量共計約1.9億臺。

圖4　內燃機保有量分布

由于近年來國內城鎮(zhèn)化的發(fā)展，摩托車、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、發(fā)電機組、園林機械以及其它相關機械需求量上升勢頭強勁，故使適用于這些機械動力設備的小型汽油機保有量未來幾年會突破2億臺。

3　國內外小型汽油機的油耗和排放水平及法規(guī)要求

3.1油耗

3.1.1中國

目前，中國僅有汽車行業(yè)標準QC/T 224-2007《摩托車和輕便摩托車發(fā)動機通用技術條件》對摩托車汽油機提出了在試驗臺架上進行的外特性試驗時最低燃油消耗率的要求，具體限值如表1所示，其技術要求與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)品質量檢驗發(fā)動機質量考核評定方法》一致。通用小型汽油機尚無正式發(fā)布的油耗標準。

表1　摩托車汽油機最低燃油消耗率限值[1]

3.1.2國外

歐美等國外標準體系目前尚未單獨對摩托車汽油機和通用小型汽油機提出油耗要求。

3.1.3中外小型汽油機油耗水平的比較分析

世界各國范圍內尚無正式發(fā)布實施的通用小型汽油機油耗標準，中國現(xiàn)行摩托車汽油機油耗標準近20年沒有變化，水平相對較低。通過有關統(tǒng)計表明，經(jīng)過多年的技術改進，我國摩托車汽油機油耗水平總體上已在此標準基礎上提升了10%～15%，雖然歐美日等國家尚未對摩托車用汽油機提出油耗控制要求，但由于先進的研發(fā)體系和制造技術，使其油耗水平仍優(yōu)于我國目前同類產(chǎn)品的5%～10%。

3.2排放

3.2.1中國

1）摩托車汽油機

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

表2　雙怠速法型式核準和生產(chǎn)一致性檢查排放限值[2]

2）通用小型汽油機

國內對通用小型汽油機排放的要求按GB 26133-2010《非道路移動機械用小型點燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值與測量方法（中國第一、二階段）》進行考核，具體限值如表4所示。該標準分階段實施控制過程如下：

表3　雙怠速法在用車排放限值

表4　中國通用小型汽油機排氣污染物排放限值[3]

a）第一階段（I階段）：2011年3月1日開始實施；

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

c）自上述規(guī)定日期起，所有發(fā)動機或系族應按照GB 26133-2010標準要求進行排氣污染物型式核準；

d）自上述規(guī)定型式核準執(zhí)行日期之后一年起，所有制造和銷售的發(fā)動機應符合該標準的要求。

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)動機的型式核準申請。

3.2.2國外

1）摩托車汽油機

歐美等國外標準體系目前尚未單獨對摩托車汽油機提出排放要求。

2）通用小型汽油機

a）歐盟

目前對非道路小型火花點火發(fā)動機進行排放控制適用指令是2002年頒布的2002/88/EC（97/68/EC的補充指令）具體限值如表5所示，該標準分階段實施控制過程如表6所示。

表5　歐盟通用小型汽油機排氣污染物排放限值[4]

表6　歐盟2002/88/EC實施時間

b）美國EPA

1995年，美國環(huán)保署（EPA）發(fā)布了非道路點燃式小型發(fā)動機第Ⅰ階段排放法規(guī)，適用于功率小于等于19kW（25hp）的非道路點燃式小型發(fā)動機，但不包括船用、娛樂用（如摩托車或雪橇）。第Ⅰ階段標準的實施使得HC排放水平降低32%。

1999年3月，美國聯(lián)邦EPA發(fā)布了非手持式非道路點燃式小型發(fā)動機第II階段排放法規(guī)；2000年6月，發(fā)布了手持式非道路點燃式小型發(fā)動機第Ⅱ階段排放法規(guī)。非手持式設備在第Ⅰ階段的基礎上再減少60%的HC和NOx排放。手持式設備在第Ⅰ階段的基礎上再減少70%的HC和NOx排放。除加州外的49個州均采用該標準。

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

表7　EPA第Ⅲ發(fā)動機分類和排放限值[5]

1）2008年9月4日，發(fā)布第Ⅲ階段排放標準；

2）2010年1月1日，手持式發(fā)動機開始實施第Ⅲ階段排放標準；

3）2011年1月1日，排量≥225mL的非手持式發(fā)動機開始實施第Ⅲ階段排放標準；

4）2012年1月1日，排量＜225mL的非手持式發(fā)動機開始實施第Ⅲ階段排放標準；

5）2009年1月1日，開始逐步實施油管、油箱、運轉損失的蒸發(fā)排放標準，具體實施時間如表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；

表8　EPA蒸發(fā)排放控制內容和實施時間[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）排放的申報要求；

4）增加了蒸發(fā)排放的要求；

5）發(fā)動機分類取消了非手持式的I-A和I-B類，80mL以下（包括80mL）發(fā)動機都按照手持式的標準認證。

c）美國加州CARB

CARB現(xiàn)階段適用的排放限值和耐久時間以及蒸發(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)特點如下：

發(fā)動機或設備整機的蒸發(fā)認證可以分為2種認證方式：按照設計認證——基于13 CCR 2754（b），選擇合格的經(jīng)過預先認證的蒸發(fā)排放系統(tǒng)部件，可以不再進行試驗；按照性能認證——基于13 CCR 2754（a），須經(jīng)SHED試驗即密封室蒸發(fā)試驗。

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)商可以預先進行零部件的蒸發(fā)認證。零部件認證通過后，由加州大氣資源局列入蒸發(fā)排放系統(tǒng)部件的預先認證名單并發(fā)布到CARB的SORE（小型非道路用發(fā)動機）網(wǎng)站上，可供發(fā)動機或設備整機制造商選用。

3.2.3中外法規(guī)比較分析

1）摩托車汽油機

從排放角度考慮，嚴格說，包括中國在內的世界各國尚未發(fā)布能適用于摩托車實際使用工況的摩托車汽油機排放法規(guī)，而該標準體系的研究和建立將會大大促進摩托車整車排放的改進。

2）通用小型汽油機

a）中國從2011年才開始對通用小型汽油機提出排放控制要求，該項標準法規(guī)的建立和實施的基礎落后于歐美；

b）中國目前執(zhí)行的通用小型汽油機排放標準（第二階段）的發(fā)動機分類與排放限值與歐盟現(xiàn)行法規(guī)相同；

c）中國和歐盟手持式發(fā)動機現(xiàn)行排放標準法規(guī)的限值與美國（EPA和CARB）現(xiàn)行第Ⅲ階段的發(fā)動機排放限值標準一致；

d）中國和歐盟非手持式發(fā)動機的排放標準法規(guī)的限值總體落后于美國（EPA和CARB）現(xiàn)行第Ⅲ階段的發(fā)動機排放限值；

e）美國（EPA和CARB）已經(jīng)實施蒸發(fā)排放標準，歐盟和中國目前尚未實施蒸發(fā)排放標準。

4　結論

當前我國小型汽油機產(chǎn)品的經(jīng)濟性和環(huán)保性等主要指標以及依據(jù)的環(huán)保法規(guī)與國際先進水平尚有一定的差距，具有國際品牌和國際競爭力的制造企業(yè)較少。在用的作為摩托車、園藝修剪、應急發(fā)電、田間耕作、農(nóng)業(yè)灌溉、小型工程機械等配套動力的小型汽油機還存在很多低水平、高能耗產(chǎn)品。因此，建立和改進目前我國小型汽油機環(huán)保和節(jié)能的標準法規(guī)，將對于推進我國內燃機工業(yè)節(jié)能減排，加快內燃機工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、保障我國能源安全和應對氣候變化發(fā)揮重要作用。

參考文獻

1全國汽車標準化技術委員會.QC/T 224-2007《摩托車和輕便摩托車發(fā)動機通用技術條件》[S].北京：中國標準出版社，2007

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

3環(huán)境保護部.GB 26133-2010《非道路移動機械用小型點燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值與測量方法（中國第一、二階段）》[S].北京：中國環(huán)境科學出版社，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：TK417+.1

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8234（2015）02-0092-05

收稿日期：（2015-03-11）

作者簡介：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