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表10 非恒定转速柴油机试验循环

工况号 1 2 3 4 5 6 7 8 转速 额定转速 额定转速 额定转速 额定转速 中间转速 中间转速 中间转速 怠速 负荷（%） 100 75 50 10 100 75 50 - 加权系数 0.15 0.15 0.15 0.1 0.1 0.1 0.1 0.15 第I、II和IIIA阶段，对于恒定转速柴油机进行五工况循环，例如发电机组、水泵等用柴油机，见表11。

表11 恒定转速柴油机试验循环

工况号 1 2 3 4 5 转速 额定转速 额定转速 额定转速 额定转速 额定转速 负荷% 100 75 50 25 10 加权系数 0.05 0.25 0.3 0.3 0.1 在IIIB和IV阶段，引入了NRTC（瞬态试验循环），类似于车用机的ETC试验循环，该试验循环只适用于非恒定转速的非道路移动机械用柴油机。只是时间有所缩短，整个试验循环为1238秒，试验循环见图6。

图6 NRTC试验循环

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4.2.5 耐久性要求

从III阶段开始，增加了有效寿命的概念，有效寿命指的是发动机在表10规定的时间内，各污染物排放结果要满足标准限值的要求。不同功率段的发动机，其有效寿命也是不一样的，各功率段发动机的有效寿命见表12。标准要求至少选择发动机有效寿命的1/4来进行耐久性试验，制造厂应以良好的工程方法为基础，采用能够代表在用发动机排放性能劣化的试验循环，运行耐久性试验。试验可以在认证机构的进行也可以在发动机制造厂进行，但要在型式认证机构的有效监督下。在通过耐久性试验确定发动机各污染物的劣化系数。在整个耐久性试验过程中至少测试3次排放，应在磨合期结束时、耐久性试验结束时、耐久性试验期间选择的几个间隔点进行排放测试。

表12 有效寿命要求

柴油机类型 ≤37kW（恒转速） ≤37kW（非恒转速） >37kW 有效寿命（小时） 3000 5000 8000 劣化系数的计算方法，举例如表13。

表13 最小二乘法计算柴油机裂化系数

1 2 3 a b 4 5 劣化系数DFs 试验时间x 排放数值y 备注 0 1000 2000 0.000025 2.232 8000 0 加法计算 乘法计算 2.23 2.26 2.28 2.432 2.232 0.200 1.090 y=ax+b 不带后处理 带后处理 如表13所示，一台37kW以上的非道路移动机械用柴油机，它的有效寿命为8000小时，我们可以选择有效寿命的1/4，也就是2000小时来进行耐久性试验，发动机磨合完毕进行第一次排放测试，CO的结果为2.23，1000小时的时候CO的

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结果为2.26，2000小时的时候结果为2.28。那么根据最小二乘法公式，我们可以计算出a，b的结果，如表13所示，这样根据公式y=ax+b，任何时间点的排放结果都能够计算出来，8000小时的时候计算得到2.432，0小时的时候结果为2.232。在根据发动是否有后处理，可以算出劣化系数（DFs）。不带后处理使用加法计算：DFs=2.432-2.232=0.200，带后处理是用乘法计算DFs=2.432/2.232=1.090。 4.2.6 基准燃油参数

随着标准限值的提高，发动机需要采用更先进的排放控制技术，例如高压共轨、单体泵、EGR、DOC等，这样技术对燃油品质提出了更高的要求，例如硫含量过高，会生成大量的硫酸盐，会加速燃油系统的磨损，甚至造成喷油器的阻塞，影响燃油系统的正常工作，同时硫含量过高会严重影响排气候处理系统的正常工作，造成硫中毒等。因此从ⅢA阶段开始，燃油硫含量降到了300ppm，从IIIB阶段开始，硫含量降到了10ppm，与车机第VI阶段燃油硫含量一致。各阶段燃油主要参数对比见表14。

表14 欧盟各阶段基准燃油参数

参数 标准 欧I、欧II 欧IIIA 欧IIIB、欧IV 十六烷值 最小 45 52 / 最大 50 54 54 硫含量（ppm） 最小 1000 / / 最大 2000 300 10

4.3 美国法规 4.3.1 标准发展历程

美国是世界上控制非道路用柴油机尾气排放最早的国家。美国国家环保局（EPA）从1990年开始着手研究和限制非道路用柴油机的尾气排放。1998年8月27日，EPA签署了40 CFR PART89法规，规定了非道路用柴油机第一、二、三阶段排放标准。

40 CFR PART 1039是美国非道路移动机械用柴油机第四阶段的排放标准，该标准从2008年份功率段逐步开始实施，从2008年到2014年是本标准的过渡期，过渡期内有相应限值要求，2014年以后，正式实施第四阶段限值要求。

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4.3.2 适用范围

非道路移动机械用柴油机，功率小于37kW船用柴油机。 4.3.3 排放限值及实施日期

Tier1到Tier3，各功率段排放限值及实施时间，见表15。

表15 排放限值实施时间

功率（kW） P<8 8≤P<19 19≤P <37 37≤P <75 75≤P <130 130≤P <225 225≤P <450 450≤P ≤560 P >560 阶段 Tier1 Tier2 Tier1 Tier2 Tier1 Tier2 Tier1 Tier2 Tier3 Tier1 Tier2 Tier3 Tier1 Tier2 Tier3 Tier1 Tier2 Tier3 Tier1 Tier2 Tier3 Tier1 Tier2 实施时间 2000 2005 2000 2005 1999 2004 1998 2004 2008 1997 2003 2007 1996 2003 2006 1996 2001 2006 1996 2002 2006 2000 2006 NOX / / / / 9.2 / 9.2 / / 9.2 / 9.2 / / 9.2 / / 9.2 / / 9.2 / 排放限值（g/kWh） THC NMHC+NOX / 10.5 / 7.5 / 9.5 / 7.5 / / / 7.5 / / / 7.5 / 4.7 / / / 6.6 4.0 1.3 / / 6.6 / 4.0 1.3 / / 6.4 / 4.0 1.3 / / 6.4 / 4.0 1.3 / / 6.4 CO 8.0 8.0 6.6 6.6 / 5.5 / 5.0 5.0 / 5.0 5.0 11.4 3.5 3.5 11.4 3.5 3.5 11.4 3.5 3.5 11.4 3.5 PM 1.0 0.80 0.80 0.80 / 0.40 / 0.4 / 0.30 0.54 0.20 0.54 0.20 0.54 0.20 0.54 0.20 Tier 4功率段划分与前3各阶段有些区别，各功率段更趋向于欧洲的划分，详细划分功率段见图7。

图7 PART89与PART1039功率段划分区别

Tier 4从2008年开始实施，2008年到2014年为标准的过渡时期，2014年后正式实施Tier4，在过渡期相比Tier 3只是加严了NOx的排放限值，过渡期结束后又加严了颗粒物的限值要求，这样既给企业留出了足够的时间进行产品升级也避免了

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直接到第四阶段造成的产品价格激增。

详细过渡时期各个功率段排放限值见表16。2014年及其之后的发动机排放限值见表17。

表16 Tier4 过渡时期排放限值

功率（kW） P<19 19≤P <56 56≤P <130 130≤P ≤560 P >560 实施日期 2008 2013 2012-2014 2011-2014 2011-2014 CO 6.6 5.0 5.0 3.5 3.5 排放限值（g/kWh） NMHC NMHC+NOX / 7.5 / 4.7 0.19 / 0.19 / 0.19 / NOX / / 0.4 0.4 3.5 PM 0.40 0.03 0.20 0.20 0.20 表17 2014年及其之后的发动机排放限值

功率（kW） P<19 19≤P <56 56≤P <130 130≤P ≤560 P >560 范围 全部 全部 全部 全部 发电机组 非发电机组 CO 6.6 5.0 5.0 3.5 3.5 3.5 排放限值（g/kWh） NMHC NMHC+NOX NOX / 7.5 / / 4.7 / 0.19 / 0.4 0.19 / 0.4 0.19 / 0.67 0.19 / 3.5 PM 0.40 0.03 0.02 0.02 0.03 0.04 4.3.4 试验循环

Tier 1到Tier 3，非恒定转速柴油机测试循环采用八工况循环，如工程机械、农用机械用柴油机，恒定转速柴油机测试循环采用五工况循环，详细试验循环见表18、表19。Tier 4加入瞬态试验循环，具体试验循环与欧盟一致，瞬态测试循环不适用于恒速发动机和560kW以上的发动机。不同功率段实施时间不同，各功率段瞬态试验实施时间见表20。

表18 非恒速柴油机8工况测试循环

工况号 1 2 3 4 5 6 7 8

转速 额定转速 额定转速 额定转速 额定转速 中间转速 中间转速 中间转速 怠速 负荷（%） 100 75 50 10 100 75 50 - 加权系数 0.15 0.15 0.15 0.1 0.1 0.1 0.1 0.15 17