2001-2009年我国内燃机产量变化情况700060005000400030002000100020012002200320042005年份2006200720082009产量/万台
图3 2001-2009年我国内燃机行业产量变化情况
对内燃机行业来说，不管是柴油机还是汽油机，不管是道路车辆还是非道路车辆，他们带来的主要污染是基本相同的，主要就是空气污染和噪声污染。柴油机废气中含有150～200种不同的化合物，其中对人危害最大的有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、及颗粒物。这些污染物，对人体的健康损害非常严重—刺激呼吸道，使呼吸系统的免疫力下降，导致暴露人群慢性气管炎、支气管炎及呼吸困难的发病率升高、肺功能下降等一系列症状。尾气中所含的强致癌物质—苯类物质，会引发肺癌、甲状腺癌等。柴油机各种排气污染物对人体的危害见表7。
表7 柴油机各种主要排气污染物对人体的危害
污染物 CO 危害 循环系统 神经系统 神经系统 造血系统 呼吸系统 其他 循环系统 呼吸系统 感觉器官 呼吸系统 其他 症状 破坏血液输氧，造成类似煤气中毒症状 损害思维和感觉，头痛、慢化反射，降低身体灵巧度，减弱运动的能力等 神经衰弱 贫血 降低人体对呼吸道传染的抵抗力 致癌 破坏血液输氧 肺气肿、支气管炎、肺部疾病 各类眼疾 支气管炎、肺部疾病 含多种致癌物质 派生污染 HC 光化学烟雾 NOX 颗粒物 光化学烟雾 酸雨 灰霾等 3.3 促进内燃机行业可持续发展
2009年10月1日，我国对非道路移动机械用柴油机开始实施GB20891-2007标准第II阶段排放控制要求，新标准的实施，加快了企业资金投入和新技术的研发，
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使得产品性能和排放状况得到了改善。同时我们发现该标准的要求相对车用机排放标准要求要宽松的多，加上对非道路柴油机的排放控制较晚，目前非道路用柴油机的排放水平仅相当于车用发动机第II阶段排放水平。为了满足国家日益严格控制环境污染的政策要求，并促进我国内燃机行业的可持续发展，有必要制定更加严格的标准。
4 主要国家、地区及国际组织相关标准研究
4.1 ISO标准
国际标准化组织International Standard Organized（ISO）是由各国标准化团体组成的世界性的联合会。ISO标准一般涉及试验方法、术语、规格、性能要求等。我国于1978年加入ISO，在2008年10月的第31届国际化标准组织大会上，中国正式成为ISO的常任理事国。
ISO 8178《往复式内燃机排放测量》系列标准目前共有11部分（见表8），每一部分对往复式内燃机排放测量做了相应规定。欧洲和美国非道路用柴油机的试验方法均按照ISO 8178《往复式内燃机排放测量》制定。ISO 8178标准作为一项国际通用试验准则，为一系列标准，适用范围较宽，并且没有制订排放限值。例如对小型柴油机，规定了试验台测量方法（ISO8178-1《往复式内燃机排放测量第一部分：污染物测量方法》）；对那些不能在试验台测试的大型柴油机，制定了面向现场的测试方法（ISO8178-2《往复式内燃机排放测量第二部分：现场条件下污染物的测量》）。
表8 ISO8178系列标准
标准号 ISO8178-1:2009 ISO8178-2:2008 ISO8178-3:1996 ISO8178-4:2009 ISO8178-5:2008 ISO8178-6:2001 ISO8178-7:1997 ISO8178-8:1997 ISO8178-9:2001 ISO8178-10:2003 标准名称 往复式内燃机排放测量 第1部分：气体和颗粒排放物的试验台测量 往复式内燃机排放测量 第2部分：气体和颗粒排放物的现场测量 往复式内燃机排放测量 第3部分：稳态条件下排气烟度的定义和测量方法 往复式内燃机排放测量 第4部分：不同用途发动机的试验循环 往复式内燃机排放测量 第5部分：测试燃油 往复式内燃机排放测量 第6部分：测量结果和检测报告 往复式内燃机排放测量 第7部分：发动机系族定义 往复式内燃机排放测量 第8部分：发动机系组定义 往复式内燃机排放测量 第9部分：在瞬态条件下工作的压燃式发动机排气烟度排放物的试验台测试循环和测试程序 往复式内燃机排放测量 第10部分：在瞬态条件下工作的压 9
ISO8178-11:2006 燃式发动机排气烟度排放物的现场测试循环和测试程序 往复式内燃机排放测量 第11部分：非道路移动机械用发动机瞬态工况下气体和颗粒排放物的试验台测量 在ISO8178-4《往复式内燃机排放测量第4部分：不同发动机的试验循环》中，定义了不同用途柴油机的试验循环，所有的试验循环都是在基础试验循环11工况（见图4）的基础上，对不同的点进行取舍，采用不同的加权而形成的。基准试验循环包括怠速点11，中间转速点6、7、8、9、10，额定转速点1、2、3、4、5。由1到5对应的负荷分别为100%、75%、50%、25%、10%，不同的工况点有着不同的加权系数。
图4 ISO8178-4基准试验循环
非道路柴油机根据不同的发动机用途有三种不同的试验循环，分别为八工况、五工况和六工况。试验循环见图5。八工况应用于非恒定转速工作下的发动机，例如工程机械、农业机械、叉车等所用发动机；五工况应用于恒定转速工作下的发动机，例如发电机组、排灌水泵、除草机等所用发动机；六工况应用于在非恒定转速下工作，功率小于18kW的发动机除可用五工况外，可选用的一种试验工况。例如除草机、空气压缩机等所用发动机。
图5 非道路移动机械用柴油机试验循环
4.2 欧盟法规
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4.2.1 发展历程
1998年2月27日，第一个欧洲非道路移动机械用柴油机排放法规以立法形式通过，即97/68/EC指令。该法规分为两个阶段：第I阶段于1998年实施；第II阶段于2001~2004年执行，法规的实施时间因柴油机功率输出大小不同而不同。排放法规涵盖的设备有：工业用钻机、压缩机、轮式装载机、推土机、非公路用卡车、挖掘机、叉车、道路养护设备、铲雪机、机场地面支持设备、塔吊和移动式起重机。该法规不包括轮船、机车、飞行器和发电机组用柴油机。
在2000年12月18日，欧洲委员会对Directive 97/68/EC提出了修正案，将功率小于19kW的非道路用汽油发动机纳入其中。以COM（2000）840文档出版的该提案，使欧洲与美国现行的小型发动机的排放标准在更大范围内取得一致。
在2002年12月27日对97/68/EC指令进行第三次修订为2004/26/EC指令。控制范围增加了内河船、机车、轮轨用柴油机，提出了非道路柴油机的IIIA、IIIB、IV阶段的要求。 4.2.2 适用范围
欧盟因为单缸机数量较少，且通过协会来进行管理，因此在非道路标准中没有进行管理，为了与美国排放法规相对性，从第三阶段开始，功率下限调整为19kW。
第I阶段，功率范围从37kW到560kW的非道路移动机械用柴油机。第II阶段功率范围从18kW到560kW的非道路移动机械用柴油机。第Ⅲ阶段分为IIIA和IIIB两个阶段，IIIA阶段功率范围从19kW到560kW的非道路用柴油机；IIIB阶段功率范围从37kW到560kW的非道路移动机械用柴油机。第IV阶段功率范围从56kW到560kW的非道路移动机械用柴油机。 4.2.3 排放限值及实施日期
柴油机各阶段排放限值及实施时间，见表9。根据表9，对比欧盟法规第II和IIIA限值及实施时间我们可以发现，根据功率段的不同，从第II阶段过渡到IIIA阶段，用了3至6年的时间，这主要是因为不同功率段的发动机采用不同的排放控制技术所导致的。从排放限值来看，从第II阶段过渡到IIIA阶段，主要是加严了NOX和THC的控制要求，CO的限值没有改变，PM也仅仅是19kW到37kW之间的机型加严了12.5%。而NOX和THC根据功率段的不同，加严了21%到43%。可见
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欧盟IIIA阶段主要就是加严对NOX和THC的控制。同样对比IIIA和IIIB，主要加严了PM排放限值，加严幅度在90％以上，因此IIIB阶段需要采用颗粒捕集器等后处理系统。IV阶段比IIIB又大幅加严NOX的控制要求，加严幅度在80％以上，说明IV阶段的时候SCR或EGR和颗粒捕集器都要使用。
表9 欧盟非道路柴油机污染物排放限值及实施时间
排放限值（g/kWh） 功率段划分（kW） CO 37≤P＜75 欧I 75≤P＜130 130≤P≤560 18≤P＜37 欧II 37≤P＜75 75≤P＜130 130≤P≤560 19≤P<37 欧IIIA 37≤P<75 75≤P<130 130≤P≤560 P:37≤P<56 欧IIIB N:56≤P<75 M:75≤P<130 L:130≤P≤560 欧IV R:56≤P<130 Q:130≤P≤560 6.5 5.0 5.0 5.5 5.0 5.0 3.5 5.5 5.0 5.0 3.5 5.0 5.0 5.0 3.5 5.0 3.5 THC 1.3 1.3 1.3 1.5 1.3 1.0 1.0 0.19 0.19 0.19 0.19 0.19 HC+NOX 7.5 4.7 4.0 4.0 4.7 NOX 9.2 9.2 9.2 8.0 7.0 6.0 6.0 3.3 3.3 2.0 0.4 0.4 PM 0.85 0.7 0.54 0.8 0.4 0.3 0.2 0.6 0.4 0.3 0.2 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 2000.01.01 2003.01.01 2002.01.01 2001.01.01 2006.01.01 2006.01.01 2006.01.01 2005.07.01 2011.01.01 2011.01.01 2011.01.01 2010.01.01 2014.01.01 2013.01.01 1998.07.01 实施日期 标准 阶段 4.2.4 试验循环
标准在第I、II和IIIA阶段，使用ISO8178中的稳态试验循环（NRSC），根据发动机类型的不同，又规定了不同的试验循环，比如用在工程机械、农用机械上的非恒定转速的发动机，使用八工况循环，用在发电机组、水泵上的恒定转速发动机使用五工况循环。在ⅢB和IV阶段除了稳态循环外，又增加了瞬态试验循环（NRTC），瞬态试验循环仅用于IIIB、IV阶段非恒定转速的发动机。
对于非恒定转速柴油机进行八工况循环，例如工程机械、农业机械用柴油机，见表10。
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