第2 号全球技术法规（GTR2）研究*

王建超 朱天飞 王 青 周荣波 石 伟 窦金泉

（天津内燃机研究所（天津摩托车技术中心）天津 300072）

引言

2020 年2 月3 日，第2 号全球技术法规（GTR2）[1]发布最新版，与旧版有较大的区别，与我国摩托车第四阶段排放标准（以下简称“国四”）也有一些区别。最新的修正案在达成共识的基础上，综合了现有的全球立法和最新技术规定，反映了当下的、真实的车辆运行水平，为确定尾气排放和颗粒污染物排放水平提供了全球统一的测量方法。目的是加强世界摩托车审批和认证立法，减少用于检测的资源消耗，提升经济效益，消除贸易壁垒，减少全球整体的立法复杂性，消除潜在领域的冲突和对立的需求，改善空气质量[2-4]。所有对GTR 法规投赞成票的缔约方都有义务争取迅速将该GTR 法规引入各自国家或地区的法律或法规体系中。对于我国而言，充分掌握和了解GTR 法规的发展动态及其具体技术内容，有助于了解国际汽车技术法规的最新发展状态，紧跟国际汽车技术法规发展的步伐，同时也了解和掌握包括我国在内的整个国际汽车市场技术法规的发展方向，使自己的产品能更好地适应整个国际汽车市场的要求。

本文主要研究第2 号全球技术法规（GTR2）中的以下试验内容：

1）Ⅰ型试验：常温下冷启动后排气污染物排放试验；

2）Ⅱ型试验：双怠速试验。

1 常温下冷启动后排气污染物排放试验

1.1 一般要求

1.1.1 环境温度

车辆静置区域及带有底盘测功机和气体采集系统的试验室温度应为25±5 ℃。在进行I 型试验之前和之后，应在车辆冷却鼓风机（风扇）附近测量室温。

1.1.2 车辆要求

车辆应处于良好的机械状态，应妥善保养和使用。试验前，它应已行驶了至少1 000km 并按车辆制造商的要求调整完毕，如机油粘度、轮胎种类、胎压、车轮载荷分布等。

1.1.3 基准燃料

法规的附件4 附录2 详细给出了缔约方需要采用的液体基准燃料技术数据，其中包含酒精含量为5%的E5 燃油，这与国四规定的基准燃料不同。

1.1.4 试车员的体重应为75 kg±5 kg。

1.1.5 底盘测功机

1）转鼓直径至少为400 mm；

2）测功机转鼓应保持清洁，干燥，无任何可能导致轮胎打滑的东西；

3）底盘测功机可以使用行驶阻力表来设置，而不用通过附件4 附录5 或附录6 的计算方法获得的运行阻力来设置。在查表法中，底盘测功机应通过车辆的基准质量来设置等效惯性质量；

4）测量转鼓速度（实际车速），期望的车速和时间的仪器应符合规定的精度要求。

1.1.6 冷却风机

1）在整个试验过程中，变速冷却风机应放置在摩托车前方，冷却气流方向直对摩托车以模拟实际的运行状态；

2）当转鼓速度在10～50 km/h 范围内，冷却风机出风口的空气线速度与对应转鼓速度的偏差应在±5 km/h 以内；当转鼓速度大于50 km/h 时，冷却风机出风口的空气线速度与对应转鼓速度的误差应在±10%以内；当转鼓速度在10 km/h 以下时，冷却风机出风口的空气线速度可等于0；

3）上述空气线速度为9 个测量点测量值的平均值。这些测量点分别位于将整个风机出口划分为9个区域的矩形中心（将风机出口的水平和垂直方向分为3 个相等的部分）。冷却风机出口线速度的测量装置应置于距出风口0～20 cm 的位置。在9 个测量点测得的数值应在其平均值的±10%以内；

4）冷却风机出口截面，其面积最小为0.4 m，其下边缘离地高度为5～20 cm，且其应与摩托车纵向轴线垂直并与摩托车前轮前端的距离为30～45 cm。

1.1.7 排放限值

当按规定的适用试验循环进行试验时，每类两轮车的气体污染物排放量不得超过表1 中规定的污染物排气管排放限值。

如果缔约方选择替代方案，根据缔约方选定的替代要求，每类车辆的气体排放量不得超过表2 中规定的污染物排放限值。

表2 I 型试验排放限值替代性要求 mg/km

法规中的限值要求覆盖国四中的限值要求，我国作为缔约方，在充分导入GTR2 的基础上，综合考虑我国国情制定国四中的限值。

1.2 试验程序

1.2.1 试验介绍

I 型试验按规定顺序包括测功机准备，加油，静置和操作条件。试验旨在模拟实际行驶的同时确定碳氢化合物，一氧化碳，氮氧化物，二氧化碳，颗粒物（如果适用）的质量排放以及燃料消耗。具有以下成分的气体混合物应具有符合关于纯气体规定的散装气体规格：

1）合成空气中的C3H8；

2）氮气中的一氧化碳；

3）氮气中的二氧化碳；

4）合成气中的CH4；

5）氮气中的一氧化氮（此校准气体中所含的二氧化氮含量不得超过一氧化氮含量的5%）；

6）氮气中的二氧化氮（公差为±2%）。

试验循环与我国现行国四阶段一样，采用世界统一摩托车试验循环（WMTC）。根据发动机排量和最大设计车速进行车辆分类，按照车辆类别，试验循环最多包括附件4 附录12 中列出的三个部分。

本法规的车辆分类与国四相比多出一个0 类车，又分为0-1 和0-2 两个细类，如表3 所示。

表3 0 类车的分类

0 类车采用的循环如图1 所示。蓝色为0-1 类车适用的试验循环，红色为0-2 类车适用的试验循环。循环分为完全相同的两个阶段：冷态和热态。

图1 0 类车试验循环

在国四中，0 类车对应的是我国的轻便摩托车，驾驶循环是R47 循环。

对于驾驶要求，法规附件1 中4.2.5 和4.2.6 有详细的描述。

在任何给定时间的车速偏差由上限和下限定义。在给定时间的1 s 内，上限比轨迹上的最高点高3.2 km/h。下限比给定时间1s 内的轨迹最低点低3.2 km/h。允许超过偏差小于2 s 的情况（例如在换挡时）。允许低于规定速度的车速，但车辆应以最大可用功率运行。图2 显示了典型点可接受的车速偏差范围。车辆的换挡要求与现行国四要求相同，在附件1 中的3.4.5 中详细规定了对于自动变速器和手动变速器的换挡要求。

图2 可接受的车速偏差范围

1.2.2 预处理

在测试开始前应在底盘测功机上将试验车辆预热到与路试时相同的状态。试验车辆应移至试验区域并应通过所提供的燃油箱的排油孔排干燃油，并按附件4 附录2 的规定充入试验基准燃油，其容量应为燃油箱容量的一半。应通过骑行或推动将试验车辆放置在测功机上并按照附件4 附录12 中针对车辆类别的规定通过适用的试验循环进行操作。

在预处理完成后的5 min 内，应将试验车辆从测功机上移开，并可以将其驾驶或推入25±5 ℃的静置区域。在I 型冷启动试验之前该车辆应存放6～36 h或者直到发动机机油温度或冷却液温度或火花塞座/垫片温度与静置区温度相差±2 ℃（仅适用于风冷）为止。如果制造商要求，则应在车辆在其正常温度下行驶后30 h 内进行试验。

1.2.3 试验流程

试验流程和试验次数规定与国四相同，用Vi1～Vi3分别代表污染物i 的第一至第三次测量结果。L代表表1 和表2 规定的每种污染物限值。

试验应进行三次，当三次测量结果的算术平均值低于规定限值时，允许三次测量结果中有一次超过相应的规定限值，但不得超过限值的1.1 倍。对于一种以上的污染物超过规定限值的情况，不管是发生在同一次试验中，还是发生在不同次的试验中都是允许的。

在以下条件下，试验次数可减少：

1）对于所有污染物，当Vi1≤0.70 L 时，仅需进行一次试验；

2）如果每一种污染物i 不满足1）要求，但符合Vi1≤0.85 L，且Vi1+Vi2＜1.70 L 和Vi2＜L 的要求时，则只需进行两次试验。

1.3 结果分析

1.3.1 样品分析

分析应尽快开始，并且无论如何不得迟于试验结束后20 min，以便确定：

1）装在一个或多个袋子B 中的稀释空气样品中的碳氢化合物，一氧化碳，氮氧化物，颗粒物（如果适用）和二氧化碳的浓度；

2）装在一个或多个袋子A 中的稀释后废气样品中的碳氢化合物，一氧化碳，氮氧化物，二氧化碳和颗粒物的浓度（如果适用）。

1.3.2 仪器校准

结果分析必须按照以下步骤进行：

1）在每次样品分析之前，应使用适当的零气将每种污染物的分析仪量程进行零点校准；

2）通过标称浓度为量程的70%～100%的量距气体将分析仪设置为校准曲线；

3）重新检查分析仪的零点。如果读数与2）中的设置相差超过2%，则重复该步骤；

4）分析样本；

5）分析之后，使用相同的气体重新检查零点和跨度点。如果读数在3）的读数的2%之内，则认为该分析可以接受；

6）在本条的所有段落中，各种气体应与分析仪校准期间使用的气体相同；

7）所测量的气体中每种污染物的浓度所采用的数字是在将测量装置稳定后读出的数值。

1.3.3 结果的加权

第1 部分或第1 部分降低的车速的（平均）结果称为R1，第2 部分或第2 部分降低的车速的（平均）结果称为R2，第3 部分或第3 部分降低的车速的（平均）结果被称为R3。使用这些排放（mg/km）和燃料消耗（L/100 km）结果，最终结果RF根据本定义的车辆类别，应使用以下公式计算：

式中：w1=冷态加权因子，w2=热态加权因子。

式中：wn=第n 阶段的加权因子（n=1、2 或3）。

对于每种气态污染物，二氧化碳排放和颗粒物，应使用表4 所示的加权因子。

表4 不同类车适用的公式和加权因子

从表中可以看出，本法规与国四不同之处不仅多了0 类车的公式和加权，Ⅰ类车的加权因子也不同。我国现行的国四规定的Ⅰ类车加权因子为w1=0.50，w2=0.50。

2 双怠速试验

2.1 一般要求

2.1.1 适用车辆

配备有点燃式发动机的车辆都应进行双怠速试验。

2.1.2 试验条件

一般情况下，Ⅱ型试验应在Ⅰ型试验之后立即进行。Ⅱ型试验的燃料应为适用于Ⅰ型试验的基准燃料并且车辆的燃油、供气或排气系统应没有泄漏。测试过程中，环境温度应在20～30 ℃之间。

2.1.3 独立Ⅱ型试验

如果要求独立于Ⅰ型试验进行Ⅱ型试验，则应对车辆进行预热，直到满足以下条件之一：

1）Ⅰ型试验结束时的条件；

2）符合ISO 17479 的条件；

3）润滑油温度至少达到70 ℃；

4）正常道路情况下至少连续行驶600 s。

2.1.4 排气口设置

排气口应设置有密封的延长口，以便用于收集排气的样品探头可以插入排气口至少60 cm，而背压变化不超过1.25 kPa，并且不会干扰操作车辆。该延伸部分的形状应避免稀释样品探针位置处的空气中的废气。如果车辆配备了具有多个出口的排气系统，则这些出口应连接到公共管道或应当从每种污染物中收集被测污染物的一氧化碳含量并取算术平均值。

2.1.5 设备与仪器

进行Ⅱ型试验的排放测试设备和分析仪应定期校准和维护。氢火焰离子化分析仪或不分光红外线分析仪可用于测量碳氢化合物。

2.1.6 数据记录

在怠速和高怠速下测量并记录以下参数：

1）废气中一氧化碳的含量（以体积计，vol%）；

2）废气中二氧化碳的含量（以体积计，vol%）；

3）碳氢化合物（HC），以10-6为单位；

4）配备有闭环燃油系统的车辆在高怠速发动机转速下，由制造商选择，测量废气中的氧气含量（以体积计，vol%）或λ；

5）试验期间的发动机转速，包括任何公差；

6）试验时的机油温度，或者对于液冷发动机的冷却液温度，或者对于空气冷却车辆的火花塞座/垫片温度。

2.2 Ⅱ型试验中的CO 浓度计算

对于四冲程车辆，一氧化碳的修正浓度为：

对于二冲程车辆，一氧化碳的修正浓度为：

式中：CCO是所测量的一氧化碳浓度（以体积计）%；CCO2是所测量的二氧化碳浓度（以体积计）%；CCOcorr是修正的一氧化碳浓度，以体积计%。

GTR No.2 规定如果汽油机测试所得的总浓度CO+CO2至少为15%，则无需修正。而在国四中规定，对汽油机二冲程车辆，这一数值为10%。

3 结束语

第2 号全球技术法规（GTR NO.2）对Ⅰ型试验、Ⅱ型试验和Ⅶ型试验提出了具体的要求，国四中没有Ⅶ型试验的要求[5-6]。本文对法规中的Ⅰ型试验、Ⅱ型试验做了较为详细的解读，并对比了我国现行第四阶段中对相应试验的要求。

GTR2 相较于国四，在基准燃料、限值、轻便车试验循环、二冲程车辆双怠速修约等方面有一些不同。充分掌握第2 号全球技术法规（GTR NO.2）的具体技术内容，能够了解美国、欧盟、日本等国际法规的发展状态，对于我国已经颁布的摩托车国四阶段排放标准以及正在制定的摩托车国五阶段排放标准具有重要的参考意义。可以促使我国的摩托车排放标准既符合我国摩托车行业的实际国情，又与国际先进法规相接轨。同时促进我国摩托车产品能更好地适应整个国际市场的要求。