中歐美非道路移動機械排放標準解析

關鍵詞：非道路移動機械，排放標準，排放限值

0引言

多年來，隨著房地產、基建、礦業等行業的快速發展，非道路移動機械保有量也不斷攀升。受非道路移動機械排放影響，空氣污染等環境問題也愈發嚴重。據統計，2022年，全國機動車一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）排放量分別為743.0萬噸、191.2萬噸、526.7萬噸、5.3萬噸，非道路移動源排放二氧化硫（SO2）、HC、NOx、PM分別為17.6萬噸、42.7萬噸、474.2萬噸、23.1萬噸[1]；數據顯示，2022年，非道路移動機械的NOx排放量接近于機動車，PM排放量是機動車4.36倍。截至2023年底，中國工程機械主要產品保有量為862萬～934萬臺[2]。當前非道路移動源排放已成為影響空氣質量的重要污染源之一。為有效減排，中國在2022年12月1日正式實施非道路移動機械第四階段排放標準。與國三標準相比，國四標準的NOx和HC限值收緊13%～45%，PM限值收緊50%～94%。隨著標準的實施，國四非道路移動機械保有量占比逐步增加，將有效減少NOx、HC和PM等污染物的排放量。

國四標準的實施將進一步提高中國非道路移動機械用柴油機技術水平，縮小中國與歐美排放控制體系的差距，而將中歐美非道路移動機械排放現行標準法規進行對比分析將有助于國際化工程機械企業識別中歐美排放差異，幫助企業補齊短板，提升產品競爭力。

1中歐美非道路移動機械排放標準法規發展歷程

1.1中國排放標準

中國于2007年10月1日開始實施國一排放標準，2009年10月1日開始實施國二排放標準，2014年10月1日開始分步實施國三排放標準。

2020年12月28日，生態環境部與國家市場監督管理總局聯合發布了GB20891—2014修改單和HJ1014—2020，并在標準中規定中國自2022年12月1日正式實施非道路移動機械第四階段排放標準。2024年7月1日，HJ1322—2023《非道路移動機械排放遠程監控技術規范》正式實施。中國非道路移動機械排放標準適應范圍及主要技術變化如圖1所示。

1.2歐盟排放法規

1997年12月16日，97/68/EC指令發布。該法規規定歐盟非道路移動機械用柴油機第I階段排放標準（即歐I排放標準）于1999年實施，歐II排放標準于2001—2004年實施。

2004年4月21日，2004/26/EC指令提出了非道路柴油機的歐IIIA、歐IIIB、歐IV階段排放要求。2012年，2012/46/EC指令發布，主要增加了“NOxcontrol”的控制要求（從歐IIIB階段開始）、增加了反應劑和后處理裝置的監控要求（從歐IIIB階段開始）、增加了曲軸箱排放的控制要求（從歐IV階段開始）、增加了CO2的監控要求。

2016年9月14日，歐盟發布了EU2016/1628號法規（歐V排放標準），2016年11月19日，其配套法規EU2017/654技術要求、EU2017/655在用車管理要求和EU2017/656文件管理要求也陸續發布。相比于歐IV階段，歐V階段主要增加了PEMS和PN排放限值要求。歐盟非道路移動機械排放法規主要技術變化如圖2所示。

1.3美國排放法規

美國是世界上控制非道路用柴油機尾氣排放最早的國家。美國國家環保局（EPA）從1990年著手研究和限制非道路用柴油機的尾氣排放。1998年8月27日，EPA簽署了40CFRPART89法規，規定了非道路用柴油機第一、二、三階段排放標準（即Tier1、Tier2、Tier3）。

40CFRPART1039是美國非道路移動機械用柴油機第四階段的排放標準（Tier4）。Tier4從2008年開始實施，2008年到2014年為過渡時期，過渡期的Tier4相比Tier3只是加嚴了NOx的排放限值；2014年后Tier4正式實施，相比于過渡期又加嚴了顆粒物的限值要求。

1.4全球統一的非道路移動機械排放法規和ISO排放標準

2009年11月12日，全球統一的非道路移動機械（NRMM）排放法規（GlobaltechnicalregulationNo.11）發布。該法規只規定了排氣污染物的測量方法。其測量方法與歐美第四階段測量方法要求相對應，但該法規沒有制定統一的排放限值要求，也沒有統一的實施日期。

ISO制定了ISO8178《往復式內燃機排放測量》系列標準。歐盟和美國非道路用柴油機的試驗方法均按照ISO8178《往復式內燃機排放測量》制定。ISO8178作為國際通用試驗準則，適用范圍較寬，沒有排放限值要求。

2中國與歐美非道路移動機械排放標準對比分析

2.1排放標準實施時間對比

從圖2可知，美國最先提出非道路用柴油機尾氣排放要求，排放標準實施時間最早，歐盟次之，中國非道路移動機械排放標準實施時間總體晚于歐美。

2.2排放限值對比

中國非道路移動機械排放標準與歐美排放標準相比，各類排氣污染物限值差別不大，中歐美現行標準排放限值對比見表1[3-6]。

2.2.1中歐美CO排放限值對比

從表1可以看出，在CO限值上，中歐美排放限值差異不大（在Pmax≥37kW的功率區間，中歐美限值相同），其差異主要體現在Pmax＜37kW的小功率區間。當Pmax＜19kW時，歐盟和美國的排放限值相同（Pmax＜8kW時，其限值約為中國的1.45倍；8≤Pmax＜19kW時，其限值為中國的1.2倍），中國的要求最為嚴格；當19≤Pmax＜37kW時，中國和美國的排放限值相同（中美的限值是歐盟的1.1倍），歐盟的要求最嚴格。

2.2.2中歐美HC排放限值對比

從表1可以看出，在HC限值上，歐美的排放限值始終相同，中國與歐美的排放限值差異不大，其差異主要體現在Pmax＞560kW的大功率區間（中國的限值約為歐美的2.11倍），中國的要求最寬松；在Pmax＜56kW的小功率區間，中歐美沒有要求單項的HC限值，只對HC+NOx排放限值提出了具體要求。

2.2.3中歐美NOx排放限值對比

從表1可以看出，在NOx限值上，歐美的排放限值始終相同，中國與歐美的排放限值存在明顯的差異，其差異主要體現在56≤Pmax≤560kW的功率區間。當56≤Pmax＜130kW時，中國的排放限值為歐美的8.25倍，中國的要求最寬松；當130≤Pmax≤560kW時，中國的排放限值為歐美的5倍，中國的要求最寬松；Pmax＜56kW時，中歐美沒有要求單項的NOx限值，只對HC+NOx排放限值提出了具體要求。

2.2.4中歐美HC+NOx排放限值對比

從表1可以看出，在HC+NOx限值上，歐美的排放限值始終相同，中國與歐美排放限值差異不大，其差異主要體現在19≤Pmax≤37kW的小功率區間（中國的限值約為歐美的1.6倍），中國的要求最寬松。

2.2.5中歐美PM排放限值對比

從表1可以看出，在PM限值上，中歐美排放限值差異較大。總體上看，歐盟的要求最嚴格，美國次之，中國的要求最寬松。當Pmax＜19kW時，歐美排放限值相同，中國的限值為歐美的1.5倍，中國的要求最寬松；當19≤Pmax＜37kW時，中國的排放限值為歐盟的40倍，為美國的20倍，在該功率區間內，中國排放要求與歐美存在較大差距；當37≤Pmax＜56kW時，美國的排放限值為歐盟的2倍，為中國的1.2倍，歐盟的要求最嚴格，中國次之，美國的要求最寬松；當56≤Pmax≤560kW時，中國的排放限值約為歐盟的1.67倍，為美國的1.25倍，歐盟的要求最嚴格，美國次之，中國的要求最寬松；當Pmax＞560kW時，中國的排放限值約為歐盟的2.22倍，為美國的2.5倍，美國的要求最嚴格，歐盟次之，中國的要求最寬松。

2.2.6中歐美NH3排放限值對比

NH3排放限值是中國針對使用反應劑后處理系統的柴油機提出的附加要求，歐美沒有相關要求。

2.2.7中歐美PN排放限值對比

從表1可以看出，在PN限值上，中歐美排放限值差異較大，總體上看，歐盟的要求最嚴格，中國次之，美國沒有規定PN限值要求。當Pmax＞560kW和Pmax＜19kW時，中歐美均沒有要求PN排放限值；當37≤Pmax≤560kW時，中國的排放限值為歐盟的5倍，歐盟的要求最嚴格；19≤Pmax＜37kW時，中美均沒有要求PN排放限值，歐盟的要求最嚴格。

2.3排放標準技術要求對比

中國非道路移動機械排放控制技術標準在參考歐盟EU2016/1628指令的同時，對標準進行了補充。與歐美法規相比，主要技術差異如下：

（1）中國標準的控制范圍是柴油機和非道路移動機械，歐美法規主要控制范圍是柴油機、氣體發動機、雙燃料發動機。

（2）美國Tier4中NRTC（瞬態試驗循環）的要求與中國和歐盟存在差異。美國在Tier4標準中使用的NRTC對冷啟動循環的污染物結果賦予5%的權重，而熱啟動循環的污染物結果則賦予95%的權重。中國和歐盟權重分配相同，冷啟動與熱啟動循環的權重分別為10%和90%[6]。

（3）中國標準的非標準循環排放要求與歐美存在差異。中國標準修改采用了EU2016/1628法規關于控制區域部分的要求，中國與歐盟的要求較為接近。美國則采用了由EPA制定的基于車載排放測試技術的NTE（Not-To-Exceed）法規，該法規為美國在用重型車符合性檢查的強制測試法規，該方法也適用于美國非道路移動機械的排放測試。

（4）歐盟、美國都制定了曲軸箱排放要求，中國標準沒有規定曲軸箱排放要求。歐盟從歐IV階段開始，就增加了曲軸箱排放的控制要求。美國的Tier4將曲軸箱排放作為整個排放控制系統的一部分，規定曲軸箱通風系統也需要配備適當的污染物控制裝置。

（5）中國和歐盟都提出了CO2的監控要求。中歐標準中都沒有規定CO2的排放限值，但歐盟標準要求穩態的試驗循環CO2排放量要高于瞬態試驗循環的CO2排放量。美國Tier4沒有規定CO2的排放要求。

（6）中國標準由于實施時間較短，市場中老設備存量較多，排放超標嚴重，柴油機排放黑煙現象尤為突出，因此中國制定了在用非道路移動機械柴油機的排氣煙度限值，而歐美非道路移動機械排放標準實施時間較早，所以沒有相關要求。

（7）中國標準為確保非道路移動機械監管效果，37kW及以上的機械增加了PEMS（便攜式排放測試系統）測試要求，要求測量的90%有效功基窗口的CO和NOX排放量小于限值的2.5倍；歐盟歐V標準中PEMS的使用范圍為56kW到560kW的非道路移動機械，但因為缺少數據支撐，限值暫未制定；美國Tier4中沒有提出相關要求。

（8）中國為了方便對運行機械排放狀況進行實時監測，標準中對37kW及以上的工程機械提出了加裝遠程排放管理終端的要求，歐美沒有遠程監控的相關要求。

（9）中國為了更好實現對機械的監管（因為中國非道路移動機械以前沒有掛牌和注冊登記制度），標準對37kW及以上的工程機械增加了精準定位要求，歐美沒有精準定位的相關要求。

3結論

基于以上分析，本研究得出以下結論：

（1）在標準實施時間上，中國非道路移動機械排放標準的研究與實施時間晚于歐美，這反映了中國在該領域的技術發展與標準法規制定上存在一定的滯后性；

（2）在排放限值上，中國、歐洲和美國在現行的非道路移動機械排放標準中對各類排氣污染物的限值設定差異不大，但中國在限值要求上總體落后于歐美，這表明中國在該領域標準限值設定上仍存在提升空間；

（3）在技術要求上，中國非道路移動機械排放標準技術要求與歐盟保持較高的一致性，與美國存在一定差異，這間接反映了中國、歐盟與美國的技術路徑和環保政策存在差異；

（4）在監管要求上，中國對在用非道路移動機械的監管要求比歐盟、美國更加嚴格，這體現了中國對環境保護的高度重視；

（5）在技術趨勢上，非道路移動機械排放要求日益嚴苛，技術難度不斷升級，發動機和整機廠的成本控制面臨較大的挑戰，這一趨勢也為新能源工程機械的發展帶來契機。

綜上所述，中國的非道路移動機械排放標準在研制與實施、排放限值設定、技術要求等方面與歐美仍存在一定差距。一方面，中國工程機械企業應正視這些差距，加快先進污染控制技術的自主研發和國產化進程，并基于國家或區域排放差異，研發、生產面向不同區域市場的工程機械整機產品；另一方面，面對日益嚴格的排放要求和嚴峻的技術挑戰，中國工程機械企業應抓住新能源技術的發展機遇，避開歐美在傳統動力系統上的技術優勢，在新能源工程機械上實現技術突破。