摩托车排放全球技术法规（GTR）系列研究*

王建超 朱天飞 王 青 石 伟 周荣波

（天津内燃机研究所（天津摩托车技术中心） 天津 300072）

引言

GTR（Global Technical Regulation），即全球统一汽车技术法规，由联合国UN/WP29（中文名称世界车辆法规协调论坛）负责制定和发布。为了减少空气污染，强化型式认证的统一性，提升环保性能试验的经济性，中国、美国、欧盟、日本等国家和地区在1998年签署了《全球汽车技术法规协定书》，简称《1998 年协定书》。每个同意某一GTR 法规的缔约方都应及时将该法规引入到自身的法律法规系统之中。作为缔约国，我们必须掌握GTR 法规的具体技术内容，才能在结合国情的前提下融入到自身法规的实施和修订中；实时了解国际法规发展动向，才能保持我国法规和标准的先进性，让我们生产的产品更好地满足国际市场的要求。

1 GTR2

目前涉及到摩托车排放的GTR 系列法规概况见表1。

表1 摩托车排放相关的GTR 法规

第2 号全球技术法规[1]涉及两轮摩托车的以下试验项目：

1）Ⅰ型试验（常温下冷起动后排气污染物排放试验）。

2）Ⅱ型试验（双怠速试验）。

1.1 Ⅰ型试验

1.1.1 一般要求

GTR2 对于Ⅰ型试验的一般要求与国四[2-3]基本相同，但在某些细节上有所差别，需要注意。主要体现在：

1）基准燃料：汽油车的I 型试验需要采用表A4.App2/2 或表A4.App2/4 规定的基准燃料。燃料的技术参数与我国现行国四阶段所规定的基准燃料不同（参见GB 14622—2016 附录H）。

2）冷却风机：冷却风机出口下边缘离地高度为5～20 cm（此处我国国四要求为15～20 cm）。

3）排放限值：对于不同分类的两轮摩托车，GTR统一了各种气体污染物的排放限值，如表2 所示。

表2 I 型试验排放限值要求mg/km

缔约方也可以选择替代方案，根据车辆分类选择A、B 或C 方案，各方案气体污染物排放限值不得超过表3 中的规定。

表3 I 型试验排放限值的替代方案（点燃式）mg/km

考虑到实际国情，我国目前的国四阶段排放限值为B 方案。

1.1.2 试验程序

根据车辆发动机排量和最大设计车速对车辆进行分类，然后选择对应的试验循环。GTR2 采用的是WMTC 循环（世界统一摩托车试验循环），该循环最多包括三个部分（附件4 附录12），循环工况与我国国四两轮普通摩托车相同。

GTR2 将轻便车分成了0-1 和0-2 两个子类别，如表4 所示。

表4 0 类车的类别划分

图1 展示了0 类车的试验循环工况。0-1 类车按照蓝色曲线行驶，0-2 类车按照红色曲线行驶。循环分为重复的两个阶段，第一阶段为冷态循环，第二阶段为热态循环。

图1 0 类车试验循环

GTR2 对于车辆预处理、驾驶要求、试验流程和试验次数、结果分析的要求与国四相同，但在结果的加权上有所区别。GTR2 使用的各阶段加权因子如表5 所示。

表5 各类车适用的加权因子

从表中可以看出，本法规与国四相比不仅0 类车的加权不同（国4 轻便为：W1=0.3，W2=0.7），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。

1.2 Ⅱ型试验

GTR2 对Ⅱ型试验的一般要求、试验方法和流程、CO 浓度计算方法均与国四相同，限值由缔约方规定。

2 GTR17

第17 号全球技术法规[4]涉及以下试验项目：

1）Ⅲ型试验（曲轴箱污染物排放试验）。

2）Ⅳ型试验（蒸发污染物排放试验）。

2.1 Ⅲ型试验

为了避免曲轴箱将任何燃油、润滑油或废气直接排放到大气中，车辆的制造商应向认证机构或其指定机构出具必要的资料，如详细的技术参数和图纸证明等，来证明车辆所装备的曲轴箱是完全密闭的[5]，如果无法证明则需要对车辆进行Ⅲ型试验，具体的试验方法在获得EPPR IWG 工作组通过后，会补充到之后的修正案中。

2.2 Ⅳ型试验

Ⅳ型试验有三个等级[6]：

A 级：非金属燃油箱渗透排放试验。

B 级：燃油箱和燃油管渗透排放试验。

C 级：整车密闭室（SHED）试验。

两轮摩托车、边三轮摩托车和三轮摩托车的Ⅳ型试验只能选择C 级，其它车辆则允许缔约方选择任一种。并且还规定了缔约方对车辆试验报告的认可要求，不应低于缔约方自身所采用的试验等级，具体如表6 所示。

表6 蒸发污染物排放试验的三个等级

Ⅳ型试验三个等级的试验限值如表7 所示。

表7 Ⅳ型试验限值

2.2.1 非金属燃油箱渗透排放试验

非金属燃油箱渗透排放[7-8]测试的主要试验要求：测试温度应为40±2 ℃。

加入试验用基准燃料，加入量为燃油箱额定容积的一半，存放在40±2 ℃的环境下至少4 w，这时燃料的质量损失应趋于稳定。然后抽净燃油，再次加入油箱容积一半的基准燃料，存放在40±2 ℃的环境下，使油箱内的燃料温度符合40±2 ℃的测试温度要求，然后密封油箱。测试中可以采取措施补偿油箱中的压力变化。

测试周期为8 w，在此期间应测量燃油的扩散损失量，要求每天的最大平均扩散量满足表7 所示的要求。如果超过了限值，则还需要将测试温度调整到23±2 ℃进行试验（但注意燃料的存放温度不变，仍是40±2 ℃），此时测得的燃料损失量应满足表7 所示要求。

2.2.2 燃油箱和燃油管渗透排放试验

此试验的部件不含油量表及控制系统。

第一步是燃油箱和燃油管的燃油浸置。具体方法是在燃油箱中加入额定容积100%的燃料，密封好油箱后存储在28±5 ℃的环境中20 w，也可以选择放置在43±5 ℃的环境中10 w。如果制造商想提升浸置温度以缩短浸置周期，则需要向认证机构证明碳氢化合物的渗透率已趋于稳定。对于非全流程测试，只接受在28±5 ℃或者43±5 ℃温度下浸置。可以用油箱盖和其他装置密封油箱的加油口以及出油口。若不能正常密封，可用非渗透装置密封。燃油管试验中保证箍紧油管卡箍。

对于非金属燃油箱，还有额外的耐久性试验要求。

预处理完成后，称量密封的油箱，以mg 为单位记录质量。该测量应在油箱加满试验燃料后8 h 内进行。密封燃料箱，在28±5 ℃的环境中放置14 d，期间称重并记录。每周应称重5 d。将整个周期内的油箱称重值与试验天数做线性拟合，得出的线性回归相关系数r2应不低于0.8，否则试验结果无效。渗透排放值（mg/m2/d）的计算方法是用油箱质量变化值除以油箱内表面积，再除以测试天数。制造商可以要求额外增加最多14 d 的试验周期。

制造商可以选择以下方法中的一种来确定劣化系数（DF）：

1）渗透排放结果除以基准蒸发污染物排放结果。

2）使用固定的劣化系数，DF=300 mg/m2/d。

如果选择全流程试验，应将得到的渗透排放结果乘以1）中确定的DF 值，或加上2）中确定的DF值。最终结果应满足表7 所示的要求。

如果选择的是非全流程试验，最终结果应满足表7 所示的要求。

2.2.3 整车密闭室（SHED）试验

准备：预处理、静置；

试验：昼间、预处理、热浸；

结果：昼间和热浸试验的蒸发测量值之和即为SHED 试验的最终结果。

制造商可以采用以下两种方法之一进行试验：

1）SHED 试验的最终结果加上固定DF 值。

2）试验时使用老化的蒸发污染物控制装置。

蒸发污染物控制装置的老化方法：

如果车辆装有多个碳罐，应对每个碳罐都进行老化。

老化程序A：按照表8 中的循环次数，按下面的方法处理炭罐：

表8 炭罐老化的循环次数

先在24±2 ℃温度下，对炭罐进行脱附。然后在1 min 内开始吸附操作。往燃油箱加入额定容积一半的基准燃料或市售燃料，在40℃±2 ℃的温度下产生燃油蒸气与空气的混合气使碳罐吸附，吸附速率为40 g/h。炭罐达到临界点的判定与国四相同，并且同样要求在吸附与脱附之间应间隔5 min。脱附时，脱附流量和脱附总体积同样设置为24 L/min 和400 倍炭罐容积。

老化程序B：按照表8 中的循环次数，按下面的方法处理炭罐：

试验循环包括使用汽油蒸气，使炭罐吸附至其最大存储能力的80%，将系统进气口密闭10 min。然后应在20 ℃±5 ℃下以28.3±5.5 L/min 的速率脱附7.5 min。吸附时可以将装满特定质量汽油的燃油箱加热至80 ℃，此时大概有1/3 的汽油会蒸发，而蒸发出汽油量相当于炭罐存储能力的80%。

SHED 试验的预处理要求与国四相同，预处理之后的静置时间应满足表9 所示的规定。

表9 静置时间规定

静置完成后，进行昼间换气损失试验。

车辆、试验装置、燃油的准备与国四相同。车辆推入SHED 后，对油箱中的燃料和蒸汽进行加热，加热方法和加热曲线与国四规定相同。

昼间试验后，需要对车辆再进行一次预循环。然后同样要求完成循环的7 min 内，发动机关闭后2 min内，开始热浸试验。

3 GTR18

第18 号全球技术法规主要涵盖以下内容：

1）第Ⅰ阶段：OBD 系统功能要求。

2）第Ⅱ阶段：OBD 系统的环保试验（Ⅷ型试验）。

3.1 OBD 系统功能要求

需要监测车辆控制系统中的各种电路问题，包括电路的连续性和合理性，并且对于电路连续性的监测还包含高低电压的情况。

根据GTR 法规要求，车辆必须配有OBD 系统第Ⅰ阶段，OBD 系统应在车辆使用期间及时识别各种故障，并提供警示和说明。

3.1.1 故障指示器（MI）的激活

OBD 系统必须装配故障指示器（MI），以及时通知驾驶者车辆出现的故障。GTR 对于MI 的可见性和颜色要求与国四相同。激活的MI 所使用的符号，应符合ISO 2575：2010（符号序号F.01）的相关规定。车辆只能安装一个故障指示器。

对于MI 的激活方案（激活所需要的循环次数）的规定与国四相同，如2 个以上循环需要提供证明，拒绝10 个以上循环的激活方案等。

将点火开关打开但没有起动发动机时，OBD 应检测故障，且无论有没有检测到故障，都应激活MI。对于未装配电池的车辆，则要求MI 在发动机起动后立即点亮，并在点亮5 s 内熄灭。

OBD 系统应记录、存储并能够显示故障码。每种故障对应独立的故障码，驾驶者或维修人员可以根据故障码鉴别各种故障并采取下一步措施。

在MI 激活的状态下，应随时可以通过标准诊断接口获取车辆的行驶距离。若车辆配备的是机械式里程表，则可以使用发动机运转时间代替行驶距离数据，该数据也应能够随时获得。

3.1.2 故障指示器（MI）的熄灭

在MI 激活后的3 个连续循环中，故障不再出现，也没有出现新故障的情况下，MI 可以熄灭。

3.1.3 故障码的清除

发动机在运转40 个以上的循环后没有再检测到该故障，OBD 系统才能清除对应的故障码、冻结帧和行驶距离。

车辆断电时，存储的故障信息不应被清除。

3.1.4 冻结帧和诊断接口

OBD 系统应保存故障发生当时的第一个故障码和相应冻结帧数据。制造商应该选择最合适的冻结帧进行存储。通常只需存储一帧数据，制造商也可以选择存储多帧数据。

OBD 系统的通讯连接、试验装置和诊断工具的技术要求、诊断信息和数据格式、故障代码、连接口的标准化应采用GTR 认可的ISO 和SAE 标准[9-12]，这些要求与国四相同。

诊断连接器最好安装在座位下方，若安装在其他位置需要获得主管部门认可，且该位置应易于维修，但要防止非法窜改。制造商应在车辆手册中明确标明连接器的具体位置。

3.2 OBD 系统环保试验（Ⅷ型试验）

3.2.1 试验概述

Ⅷ型试验不是必需的，是否进行由缔约方决定。该试验通过模拟发动机管理系统或排放控制系统的故障，来测试车辆OBD 系统功能，制造商应提供缺陷部件，也可以提供故障模拟装置。如果缔约方用失效阈值作为MI 激活的标准，在故障存在的情况下进行Ⅰ型试验时测得的排放值不得超出OBD 排放阈值20%，但电路的短路/开路除外。在缺陷车辆的试验过程中，如果MI 被激活，则认可该OBD 系统的型式试验。如果在未达到OBD 排放阈值时MI 被激活，则也认可该OBD 系统的型式试验。

3.2.2 试验程序

Ⅷ型试验包括：

1）模拟故障。

2）预处理故障车辆，如果缔约方将失效阈值作为MI 激活的标准，排放结果将超过OBD 阈值。

3）对故障的车辆进行Ⅰ型试验，测量排气污染物，确定MI 是否被激活。

4）若制造商要求在I 型试验循环之外监测，则需要向型式认证机构证明，I 型试验循环中进行监测对车辆的实际使用有限制性。对于所有试验，MI 应在循环完成前点亮。

3.2.3 具体说明

预处理：模拟故障后，车辆应连续运行不少于2个I 型试验循环。压燃式发动机车辆，允许增加2 个循环。如果制造商要求，也可以采用替代方法。

故障模拟：装用点燃式（PI）发动机的车辆，任何表10 中的电路开路；电控蒸发脱附装置的电路开路（此时不需进行I 型试验）。装用压燃式（CI）发动机的车辆，供油系统中的电控燃油计量和正时执行器中电路的开路或短路；与引起发动机跛行模式的动力系统的控制计算机相连的其他有关部件的开路或短路。

MI 激活的标准由缔约方自行规定，缔约方需要在其自身法规中给出MI 点亮和熄灭的标准。

无论是PI 发动机还是CI 发动机的车辆，型式认证时最多模拟4 种故障，且在试验结束前MI 都应该被激活。对于两用燃料车，要求分别使用两种燃料进行故障模拟。

4 耐久法规

在2021 年1 月13 日到15 日举行的第82 届GRPE 会议上，EPPR 非正式工作组（EPPR IWG）提出了制定新的联合国GTR 标准的请求，主要涉及两轮和三轮摩托车污染物控制装置的耐久性试验。目标是在欧洲标准的基础上，确定需要进一步技术改进的领域，接着研究需要改进的领域，以使其反映各地区的不同需求，最终编制出联合国耐久性全球技术法规的第一份综合草案法规，在制定联合国全球技术法规时，EPPR IWG 将考虑现有法规，以达到试验程序和要求的统一。

需要参考的地区法规有：

1）欧盟关于两轮或三轮摩托车以及四轮摩托车环境性能的法规（第168/2013 号欧盟法规及其5 号补充法规），提供了试验程序和后处理设备的耐久性要求。

2）日本在其“机动车执行程序，附加规则7：耐久性驾驶实施程序”中阐述了耐久性法规型式认证。

3）美国环境保护局在“公路用摩托车和实际驾驶中的劣化系数决定因素法规以及排放测试”报告中提到了耐久性问题。它还考虑了轻型车辆的耐久性。

4）中国标准包括V 型耐久性试验，分别考虑了摩托车和轻便摩托车。

5）加利福尼亚州空气资源委员会关于耐久性的规定载于加利福尼亚州法规Title13 第1958（c）节。

法规编制过程中重点讨论的内容有：各类车的最小耐久里程、固定劣化系数、数学耐久方法的磨合里程等。EPPR IWG 编制标准文稿，于2021 年底形成正式文件提交给GRPE，2022 年初新的GTR 文稿在GRPE 授权下交至WP29 和AC.3 讨论并投票，2022年9 月5 日，新的GTR 法规发布，即GTR23：《装配有内燃机的两轮和三轮摩托车排放污染物控制装置的耐久测试程序》[13]。

我国积极参与GTR 耐久法规的制定过程，反馈中国车辆特点和道路状况，提供能够反映中国实际行驶特征的试验数据，力求制定的全球统一耐久法规能够适用于中国实际道路特征。

5 结束语

随着全球经贸一体化的发展，摩托车产业在设计、制造、流通过程中也日益全球化，为了满足全球的环保需求和经济高效的贸易需求，制定全球统一的排放法规迫在眉睫，一系列的GTR 法规相继出台。我们应紧密关注国际法规的发展动态，掌握各项GTR 法规的具体内容和技术要求，才能在结合国情的前提下融入到自身法规的实施和修订中，才能保持我国法规和标准的先进性，让我们生产的产品更好地满足国际市场的要求。