我国小型汽油机的现状分析

孙　璐　戚可慧　陈　雪　钱　挺（天津大学内燃机研究所　天津　300072）

我国小型汽油机的现状分析

孙璐戚可慧陈雪钱挺（天津大学内燃机研究所天津300072）

摘要：介绍了我国小型汽油机的行业运行情况和国内外相关产品依据的环保和节能标准法规，并对其现状进行了分析研究。

关键词：摩托车汽油机通用小型汽油机标准法规油耗排放

引言

我国和欧美通常将功率在30 kW和19 kW以下的汽油机称为小型汽油机。作为该类产品的主体，我国摩托车汽油机和被广泛用作园艺修剪、应急发电、田间耕作、农业灌溉、小型工程机械等配套动力的通用小型汽油机近10年来发展迅速，目前年产量分别各占世界总产量的50%和40%，国内保有量共计近1.9亿台，各占我国内燃机社会保有量的27%。随着小型汽油机保有量的逐渐增大，其排放污染问题越来越引起政府和社会的关注，在我国从世界小型汽油机工业产销大国向工业强国迈进的时期，了解和掌握国内外小型汽油机环保和节能标准法规，对于实施我国内燃机工业节能减排的总体工作，巩固和发展小型汽油机国际市场将具有十分重要的意义。

1　2010年以来中国中小功率汽油机的产量及未来的发展趋势

2010年～2013各年度我国摩托车汽油机和通用小型汽油机产量如图1、图2所示，产量分别占其世界总产量的50%和40%（如图3所示）。根据国内外市场的需求，未来几年，其年产量不会低于2500万台和2300万台。

图1　2010～2013年度摩托车汽油机产量

图2　2010～2013年度通用小型汽油机产量

图3　我国各类动力机械占世界总产量比例

2　中国小型汽油机现有的保有量及其发展趋势

截止到2013年12月底，我国内燃机产品社会保有量为3.5亿台（2012年统计数据为3亿台，2013年总产量8千万台，当年出口约3千万台）。如图4所示，代表小型汽油机主体的摩托车用汽油机（因摩托车汽油机是摩托车的动力部分，故其保有量是通过摩托车整车保有量进行统计）和通用小型汽油机各占了其中的27%，保有量共计约1.9亿台。

图4　内燃机保有量分布

由于近年来国内城镇化的发展，摩托车、工程机械、农业机械、发电机组、园林机械以及其它相关机械需求量上升势头强劲，故使适用于这些机械动力设备的小型汽油机保有量未来几年会突破2亿台。

3　国内外小型汽油机的油耗和排放水平及法规要求

3.1油耗

3.1.1中国

目前，中国仅有汽车行业标准QC/T 224-2007《摩托车和轻便摩托车发动机通用技术条件》对摩托车汽油机提出了在试验台架上进行的外特性试验时最低燃油消耗率的要求，具体限值如表1所示，其技术要求与1996年发布现已作废的QC/T 29117.7-1993《摩托车和轻便摩托车产品质量检验发动机质量考核评定方法》一致。通用小型汽油机尚无正式发布的油耗标准。

表1　摩托车汽油机最低燃油消耗率限值[1]

3.1.2国外

欧美等国外标准体系目前尚未单独对摩托车汽油机和通用小型汽油机提出油耗要求。

3.1.3中外小型汽油机油耗水平的比较分析

世界各国范围内尚无正式发布实施的通用小型汽油机油耗标准，中国现行摩托车汽油机油耗标准近20年没有变化，水平相对较低。通过有关统计表明，经过多年的技术改进，我国摩托车汽油机油耗水平总体上已在此标准基础上提升了10%～15%，虽然欧美日等国家尚未对摩托车用汽油机提出油耗控制要求，但由于先进的研发体系和制造技术，使其油耗水平仍优于我国目前同类产品的5%～10%。

3.2排放

3.2.1中国

1）摩托车汽油机

目前，中国对摩托车汽油机排放的要求按GB 14621-2011《摩托车和轻便摩托车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法）》进行考核，具体限值如表2和表3所示。

表2　双怠速法型式核准和生产一致性检查排放限值[2]

2）通用小型汽油机

国内对通用小型汽油机排放的要求按GB 26133-2010《非道路移动机械用小型点燃式发动机排气污染物排放限值与测量方法（中国第一、二阶段）》进行考核，具体限值如表4所示。该标准分阶段实施控制过程如下：

表3　双怠速法在用车排放限值

表4　中国通用小型汽油机排气污染物排放限值[3]

a）第一阶段（I阶段）：2011年3月1日开始实施；

b）第二阶段（II阶段）：非手持式（FSH类）2013 年1月1日开始实施，手持式（SH类）2015年1月1日开始实施；

c）自上述规定日期起，所有发动机或系族应按照GB 26133-2010标准要求进行排气污染物型式核准；

d）自上述规定型式核准执行日期之后一年起，所有制造和销售的发动机应符合该标准的要求。

按照上述控制要求，2013年1月环保部发布公告，停止受理Ⅰ阶段非手持式发动机的型式核准申请。

3.2.2国外

1）摩托车汽油机

欧美等国外标准体系目前尚未单独对摩托车汽油机提出排放要求。

2）通用小型汽油机

a）欧盟

目前对非道路小型火花点火发动机进行排放控制适用指令是2002年颁布的2002/88/EC（97/68/EC的补充指令）具体限值如表5所示，该标准分阶段实施控制过程如表6所示。

表5　欧盟通用小型汽油机排气污染物排放限值[4]

表6　欧盟2002/88/EC实施时间

b）美国EPA

1995年，美国环保署（EPA）发布了非道路点燃式小型发动机第Ⅰ阶段排放法规，适用于功率小于等于19kW（25hp）的非道路点燃式小型发动机，但不包括船用、娱乐用（如摩托车或雪橇）。第Ⅰ阶段标准的实施使得HC排放水平降低32%。

1999年3月，美国联邦EPA发布了非手持式非道路点燃式小型发动机第II阶段排放法规；2000年6月，发布了手持式非道路点燃式小型发动机第Ⅱ阶段排放法规。非手持式设备在第Ⅰ阶段的基础上再减少60%的HC和NOx排放。手持式设备在第Ⅰ阶段的基础上再减少70%的HC和NOx排放。除加州外的49个州均采用该标准。

2008年9月4日EPA对通用小型汽油机开始执行第Ⅲ排放限值，如表7所示，手持式设备与第Ⅱ阶段相同，非手持式设备在第Ⅱ阶段的基础上再减少34%～38%的HC和NOx排放。其控制进程如下：

表7　EPA第Ⅲ发动机分类和排放限值[5]

1）2008年9月4日，发布第Ⅲ阶段排放标准；

2）2010年1月1日，手持式发动机开始实施第Ⅲ阶段排放标准；

3）2011年1月1日，排量≥225mL的非手持式发动机开始实施第Ⅲ阶段排放标准；

4）2012年1月1日，排量＜225mL的非手持式发动机开始实施第Ⅲ阶段排放标准；

5）2009年1月1日，开始逐步实施油管、油箱、运转损失的蒸发排放标准，具体实施时间如表8所示。

与Ⅱ阶段相比，EPA第Ⅲ阶段的主要变化为：

1）HC+NOx的排放限值加严；

表8　EPA蒸发排放控制内容和实施时间[6]

2）增加了高海拔地区的符合性要求；

3）增加了温室气体（CO2，CH4，N2O）排放的申报要求；

4）增加了蒸发排放的要求；

5）发动机分类取消了非手持式的I-A和I-B类，80mL以下（包括80mL）发动机都按照手持式的标准认证。

c）美国加州CARB

CARB现阶段适用的排放限值和耐久时间以及蒸发排放要求如表9和表10所示。

表9　CARB排放限值和耐久时间[7]

表10　CARB蒸发排放要求[8，9]

CARB蒸发排放法规特点如下：

发动机或设备整机的蒸发认证可以分为2种认证方式：按照设计认证——基于13 CCR 2754（b），选择合格的经过预先认证的蒸发排放系统部件，可以不再进行试验；按照性能认证——基于13 CCR 2754（a），须经SHED试验即密封室蒸发试验。

蒸发排放系统部件包括燃油箱、油箱盖、碳罐、油管等，这些零部件的生产商可以预先进行零部件的蒸发认证。零部件认证通过后，由加州大气资源局列入蒸发排放系统部件的预先认证名单并发布到CARB的SORE（小型非道路用发动机）网站上，可供发动机或设备整机制造商选用。

3.2.3中外法规比较分析

1）摩托车汽油机

从排放角度考虑，严格说，包括中国在内的世界各国尚未发布能适用于摩托车实际使用工况的摩托车汽油机排放法规，而该标准体系的研究和建立将会大大促进摩托车整车排放的改进。

2）通用小型汽油机

a）中国从2011年才开始对通用小型汽油机提出排放控制要求，该项标准法规的建立和实施的基础落后于欧美；

b）中国目前执行的通用小型汽油机排放标准（第二阶段）的发动机分类与排放限值与欧盟现行法规相同；

c）中国和欧盟手持式发动机现行排放标准法规的限值与美国（EPA和CARB）现行第Ⅲ阶段的发动机排放限值标准一致；

d）中国和欧盟非手持式发动机的排放标准法规的限值总体落后于美国（EPA和CARB）现行第Ⅲ阶段的发动机排放限值；

e）美国（EPA和CARB）已经实施蒸发排放标准，欧盟和中国目前尚未实施蒸发排放标准。

4　结论

当前我国小型汽油机产品的经济性和环保性等主要指标以及依据的环保法规与国际先进水平尚有一定的差距，具有国际品牌和国际竞争力的制造企业较少。在用的作为摩托车、园艺修剪、应急发电、田间耕作、农业灌溉、小型工程机械等配套动力的小型汽油机还存在很多低水平、高能耗产品。因此，建立和改进目前我国小型汽油机环保和节能的标准法规，将对于推进我国内燃机工业节能减排，加快内燃机工业产业升级、保障我国能源安全和应对气候变化发挥重要作用。

参考文献

1全国汽车标准化技术委员会.QC/T 224-2007《摩托车和轻便摩托车发动机通用技术条件》[S].北京：中国标准出版社，2007

2环境保护部.GB 14621-2011《摩托车和轻便摩托车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法）》[S].北京：中国环境科学出版社，2011

3环境保护部.GB 26133-2010《非道路移动机械用小型点燃式发动机排气污染物排放限值与测量方法（中国第一、二阶段）》[S].北京：中国环境科学出版社，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

中图分类号：TK417+.1

文献标识码：A

文章编号：2095-8234（2015）02-0092-05

收稿日期：（2015-03-11）

作者简介：孙璐（1987-），女，助理工程师，主要从事汽车摩托车行业信息情报工作。

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，Fuelconsumption，Emission