[PDF] HJ 689-2014 - 中国标准 英文版

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HJ 689-2014 255 HJ 689-2014 9秒内 城市车辆用柴油发动机排气污染物排放限值及测量方法(WHTC工况法)
   
基本信息
标准编号 HJ 689-2014 (HJ689-2014)
中文名称 城市车辆用柴油发动机排气污染物排放限值及测量方法(WHTC工况法)
英文名称 Limits and measurement methods for exhaust pollutants from diesel engines of urban vehicles (WHTC)
行业 环保行业标准
中标分类 Z60
字数估计 31,347
引用标准 GB 17691-2005; HJ 437-2008; HJ 438-2008; HJ 439-2008; Department of Environmental Protection Notice No. 24 of 2008
标准依据 环境保护部公告2014年第6号
发布机构 生态环境部
范围 本标准规定了城市车辆用柴油发动机WHTC工况法的排气污染物排放限值和测量方法。本标准适用于总质量大于3500kg的城市车辆及其装用的柴油发动机的型式核准、生产一致性检查和在用符合性检查。

HJ 689-2014 Limits and measurement methods for exhaust pollutants from diesel engines of urban vehicles (WHTC) 中华人民共和国国家环境保护标准 城市车辆用柴油发动机排气污染物排放限值 及测量方法（WHTC 工况法） Limits and measurement methods for exhaust pollutants from diesel engines of urban vehicles（WHTC） （发布稿） 2014-01-16 发布 2015-01-01 实施 环 境 保 护 部 发 布 目次 前言.II   1  适用范围 1  2  规范性引用文件.1  3  术语和定义..1  4  型式核准和申请.1  5  技术要求和试验.2  6  生产一致性..3  7  标准的实施..3  附录 A （规范性附录） WHTC 试验规程 4  附件 AA （规范性附件） WHTC 试验循环中发动机测功机的设定规范..12   附录 B （规范性附录） 型式核准证书..25  附件 BA （规范性附件） 型式核准证书附件..26   前言 为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，防治机 动车污染物排放对环境的污染，改善环境空气质量，制定本标准。 本标准是对《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方 法（中国 III、IV、V 阶段）》（GB 17691-2005）的补充，规定了装用柴油发动机的城市车辆 及其发动机的污染物排放限值和测量方法。 本标准的测量方法部分修改采用第四号全球机动车排放技术法规（GTR NO.4）《车用 压燃式发动机、天然气或液化石油气为燃料的点燃式发动机的排气污染物测量试验规程》中 的有关技术内容。 本标准的附录 A 和附录 B 为规范性附录。 本标准为首次发布。 本标准由环境保护部科技标准司组织制订。 本标准主要起草单位：中国环境科学研究院、济南汽车检测中心。 本标准环境保护部 2014 年 1 月 16 日批准。 自本标准发布之日起，即可依据本标准进行型式核准。自 2015 年 1 月 1 日起，所有注 册登记、销售和使用的城市车辆应符合本标准要求。 本标准由环境保护部解释。 城市车辆用柴油发动机排气污染物排放限值及测量方法 （WHTC 工况法） 1 适用范围 本标准规定了城市车辆用柴油发动机 WHTC 工况法的排气污染物排放限值和测量方 法。 本标准适用于总质量大于 3500kg 的城市车辆及其装用的柴油发动机的型式核准、生产 一致性检查和在用符合性检查。 2 规范性引用文件 本标准内容引用了下列文件中的条款，凡是不注日期的引用文件，其有效版本适用于本 标准。 GB 17691-2005 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量 方法（中国 III、IV、V 阶段） HJ 437-2008 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技术要 HJ 438-2008 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排放控制装置耐久性技术要求 HJ 439-2008 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车在用符合性技术要求 环境保护部 2008 年第 24 号公告 《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污 染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）》（GB 17691-2005）修改方案，简称《修 改方案》 3 术语和定义 GB 17691-2005 确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1 WHTC 试验（World Harmonized Transient Cycle, 全球统一瞬态试验循环） 指本标准附录 A 中的包含 l 800 个逐秒变换工况的瞬态试验循环。 3.2 城市车辆 指主要在城市运行的公交车、邮政车和环卫车。 4 型式核准和申请 4.1 型式核准申请 本标准适用范围的新型汽车或发动机应由汽车或发动机（或系族）制造企业或其授权代 理按 GB 17691-2005 和本标准规定的要求向型式核准主管部门提出型式核准申请，并完成规 定的检验内容。 4.2 型式核准 本标准适用范围的汽车或发动机（或系族），满足 GB 17691-2005 及其《修改方案》规 定的要求，并同时满足本标准要求，应予以型式核准，并颁发符合附录 B 的型式核准证书。 5 技术要求和试验 5.1 气态污染物和颗粒物排放要求 按照本标准进行型式核准的发动机或汽车，应按照附录 A 规定的试验程序，进行 WHTC 冷启动和热启动排放试验，测定其气态污染物和颗粒物排放。 5.1.1 冷启动和热启动试验测得的污染物排放结果，应按照下式进行加权计算。 ,, (0.14) (0.86) (0.14) (0.86) cold hot act cold act hot m me W W × + ×= × + × 式中： mcold--冷启动循环的各类污染物排放质量，g/循环； mhot--热启动循环的各类污染物排放质量，g/循环； Wact, cold--冷启动循环的实际循环功，kW·h； Wact, hot--热启动循环的实际循环功，kW·h。 5.1.2 加权后的一氧化碳、非甲烷碳氢化合物、氮氧化物和颗粒物的比质量，乘以按照5.3 所确定的劣化系数（安装排气后处理系统的发动机），或加上按照5.3所确定的劣化修正值（未 安装排气后处理系统的发动机），应不超出表1给出的限值。 表 1 WHTC 冷启动和热启动试验排放限值 阶段 一氧化碳（CO） g/kW·h 碳氢化合物（HC） g/kW·h 氮氧化物（NOx） g/kW·h 颗粒物（PM） g/kW·h 第四阶段 4.0 0.55 4.20 0.03 第五阶段 4.0 0.55 2.80 0.03 5.2 车载诊断（OBD）系统要求 OBD 系统应满足 HJ437-2008 的要求。 5.3 排放控制装置的耐久性要求 5.3.1 应保证汽车（发动机）的排放控制装置在有效寿命期内正常运转，且污染物排放符合 本标准规定的限值要求，并在型式核准时给予确认。 5.3.2 按照HJ 438-2008进行耐久性试验，在汽车（或发动机）制造企业确定ETC工况的劣化 系数或劣化修正值的同时，应进行WHTC排放试验，并确定WHTC工况的劣化系数或劣化修 正值。 5.3.3 在制造企业的要求下，可以使用WHTC工况的劣化系数或劣化修正值替代ETC工况的 劣化系数或劣化修正值。 5.4 在用车/发动机符合性要求 5.4.1 在用车/发动机的符合性应满足HJ 439-2008规定的要求。 5.4.2 在按照HJ 439-2008进行检查时，应检查在用车/发动机WHTC工况的污染物排放，并 满足本标准规定的限值要求。 6 发动机标记 按本标准核准的发动机，其标记应满足 GB 17691-2005 第 6 章的要求，同时，还应在标 7 生产一致性 7.1 制造企业应采取措施保证生产一致性。 7.2 生产一致性检查和判定应按 GB 17691-2005 的规定进行。除应检查 GB 17691-2005 相应 的技术要求外，还应检查 WHTC 工况污染物排放，按劣化系数或修正值进行校正，满足本标 准规定的限值要求。 8 发动机系族 同一系族的发动机，除应满足 GB 17691-2005 第 9 章的要求外，还应在满足本标准要求 方面具有同样的排放控制策略、措施及技术参数（如：优化控制策略和尿素喷射策略 （Mapping调整）、提高催化剂活性、排气热量管理等），并向型式核准机构提供相关材料， 以证明其能够达到同样的控制效果。 9 标准的实施 9.1 型式核准 本标准适用范围的发动机或汽车的型式核准，自本标准发布之日起实施。 9.2 注册登记、销售和使用 本标准适用范围的发动机或汽车，自表2规定的日期起，凡不满足本标准要求的新车不 得销售和注册登记，不满足本标准要求的新发动机不得销售和投入使用。 表 2 注册登记、销售和使用的实施日期 阶段 第四阶段 第五阶段 实施日期 2015 年 1 月 1 日 与 GB 17691-2005 第五阶段一致 9.3 生产一致性检查 对于按本标准获得型式核准的发动机和汽车，其生产一致性检查自型式核准批准之日起 执行。 附录 A （规范性附录） WHTC 试验规程 A.1 概述 A.1.1 本附录规定了应用WHTC试验循环进行发动机排气污染物测量的试验规程。 A.1.2 试验应在发动机测功机台架上进行。 A.1.3 排气污染物测量系统 在本标准中，描述了功能等效的两个测量原理： --气体组分采用直接采样法测量，颗粒物用部分流稀释系统测量； --气体组分及颗粒物采用全流稀释系统（ CVS 系统）测量 ； 这两项原理都可用在 WHTC 试验循环中，并允许两个原理的任意组合（如气体直采测 量和颗粒物全流测量）。 发动机应按 WHTC 试验循环的要求运转。 A.1.3.1 WHTC 试验循环 WHTC 试验循环包括一组逐秒变化的转速和扭矩的规范百分值（占额定转速和额定扭 矩的百分比，附件 AA），WHTC 试验循环见图 A.1。为了在发动机试验台上进行试验，根据 每台发动机的瞬态性能曲线将百分值转化成实际值，以形成基准循环。这样按照发动机基准 循环展开试验循环并进行试验。按照这些基准转速、转矩值，试验循环在试验台架运行，应 记录实际转速、扭矩和功率。为保证试验有效性，试验完成后应对照基准进行实际转速、扭 矩和功率的回归分析。 为计算比排放量，应对整个循环的发动机实际功率进行积分，计算出实际循环功率。 为 试验有效，实际循环功率必须在基准循环功率的规定限值内。 气态污染物应连续记录或采样到采样袋中。颗粒物取样经环境空气连续稀释并收集到合 适的单张（对）滤纸上。 图 A.1 WHTC 试验循环 A.2 试验条件 试验条件应满足 GB 17691-2005 附录 B 第 B.2 条及其《修改方案》规定的要求。 A.3 试验流程概述 图 A.2 描述了 WHTC 试验循环排放试验的流程，每一步骤的具体内容都在本附录相关 条款进行了规定。 图 A.2 试验流程图 A.4 发动机瞬态性能（mapping）测量规程 为在试验台架上进行 WHTC 试验循环，在试验循环前需对发动机进行瞬态性能测定试 验，以得到发动机的转速-扭矩曲线。 A.4.1 确定瞬态性能转速范围 最小和最大瞬态性能转速定义如下： 最小瞬态性能转速--怠速 最大瞬态性能转速--nhi×1.02 或减油点的转速（取较低者）。 A.4.2 发动机瞬态性能曲线 按照制造厂和成熟工程经验的建议，发动机在最大功率状态下进行热机，以便稳定发动 发动机性能曲线的测量（最大扭矩曲线） A.4 基准试验循环的形成 A.5 根据需要运行一个或几个预循环，以检查发动机/试验单元/排放系统 自然或强制发动机冷却 A.7.2.2 取样和分析系统的准备 A.7.2.3 冷启动排放试验 A.7.3 取样 A.7.4 排放计算 A.11 热浸 A.7.5.1 热启动排放试验 A.7.5.2 发动机的准备（发动机性能检查及系统标定等） 机运行。当发动机运行稳定后，应按下列步骤进行发动机瞬态性能的测定： (a) 发动机应卸载，并在怠速下运转； (b) 发动机应在喷油泵全负荷设定及最小瞬态性能转速下运转； (c) 发动机从最小瞬态性能转速至最大瞬态性能转速的平均增加率为 8±1（r/min）/s。 应以至少每秒一点的取样率，记录发动机的转速和扭矩。 A.4.3 替代的性能测定 如果制造厂认为上述发动机瞬态性能曲线测定技术不安全或不能代表该发动机，则可采 用替代发动机瞬态性能曲线测定技术。替代的发动机瞬态性能曲线测定技术必须达到规定的 发动机瞬态性能曲线测定规程的目的，即测定发动机整个允许转速范围内所能发出的最大有 效扭矩。由于安全性或代表性的理由不采用本条所规定的发动机瞬态性能曲线测定技术，应 经型式核准机关批准，并说明所用替代方法的合理性。但是，对于涡轮增压或调速器控制的 发动机，绝不可以采用发动机转速连续递减的方法。 A.4.4 重复试验 每次试验循环之前，发动机不必进行发动机瞬态性能曲线测定。但如出现下列情况，发 动机在试验循环前应重新进行发动机瞬态性能曲线测定： --由工程经验判定，距最近一次发动机瞬态性能曲线测定的时间过长； --可能影响发动机性能的机件改变或重新校调。 A.5 基准试验循环的形成 A.5.1 实际转速 使用公式 A.1 将附件 AA 转速规范值转换成实际值： 实际转速= n 规范值×(0.45 ×nlo + 0.45× npref + 0.1×nhi-nidle)×2.0327 + nidle （A.1） 式中: nlo --最大功率 55%的功率所对应的最低发动机转速； npref--对最大扭矩进行积分，积分值达到全部扭矩积分的 51%时，对应的发动机转速； nhi--最大功率 70%的功率所对应的最高发动机转速； nidle --怠速转速。 以上参数如图 A.3 所示。 图 A.3 试验转速的定义 A.5.1.1 基准转速的确定 在按照第 A.4.2 条规定测得的发动机瞬态性能曲线上，从怠速到 n95h 对相应转速下扭矩 最大值进行积分。n95h是 95%最大功率对应的最高转速。npref是指从怠速到 n95h 转速对相应 转速下的扭矩最大值进行积分，整个积分值的 51%所对应的发动机转速，如图 A.4 所示。 图 A.4 npref的定义 A.5.2 实际扭矩 附件 AA 发动机扭矩规范值是各个转速下的最大扭矩的标准百分值。基准循环的扭矩值 应使用实际值，根据第 A.4.2 条确定的发动机瞬态性能曲线，对应第 A.5.1 条确定的各个实 际转速，按照下列公式计算实际扭矩： 最大扭矩扭矩规范值实际扭矩 ×= （A.2） 对应的实际转速由 A.5.1 条确定。 A.5.3 扭矩规范值转换成实际值示例 如例所示，确定以下的试验点: 转速规范值= 43 扭矩规范值= 82 给定下面的数值： nlo = 1，015 r/min nhi = 2200 r/min npref = 1300 r/min nidle =600 r/min 计算得出： min/1178 r= 在发动机瞬态性能曲线上 1178 r/min 处得到最大扭矩 700 Nm Nm574 70082 =×=实际扭矩 A.6 试验循环的确认 A.6.1 计算循环功 在计算循环功之前， 应删除发动机起动期间的任何记录。循环功 Wact （kW·h）的计算 应基于发动机反馈的转速和扭矩值。基准循环功 Wref （kW·h）的计算应基于发动机的基准 转速和扭矩值。实际循环功 Wact 用于与基准循环功 Wref 作比较，计算制动率的比排放量（参 见 GB 17691-2005 第 BB.4.4 和 BB.5.2 条 ）。 用同样的方法对发动机的基准和实际功率进行积分。使用线性插值法来确定相邻的基准 或相邻的实测值之间的值。 在实际循环功率积分时所有负扭矩值都应包括在内，并设定为 零。如果在频率小于 5Hz 下进行积分且如果在给定的时间段内，扭矩从正到负或从负到正， 负扭矩部分应设定为零进行计算。正扭矩部分应包括在积分值内。 Wact 应在 85%Wref至 105%Wref之间。 A.6.2 试验循环的确认统计 对转速、扭矩和功率进行基于基准值的实际值的线性回归分析。为将反馈信号相对于实 际循环和基准循环之间的时间滞后带来的偏差影响减至最小，整个发动机转速和扭矩反馈信 号序列在时间上可以提前或滞后于对应的基准转速和扭矩序列。若实际信号移位，则扭矩和 转速两者都需向同一方向转换同一序列量值。 应采用最小二乘法，见公式 A.3： y = mx + b （A.3） 式中： y--转速(r/min)、扭矩(Nm)或功率(kW)的实际值 m--回归线的斜率 x--转速(r/min)、扭矩(Nm)或功率(kW)的基准值 b--回归线的 y 截距 对每条回归线都应该计算 y 基于 x 的估算值的标准偏差(SEE)和相关系数（r2）。 建议分析的频率为 1Hz。统计结果符合表 A.1 中的标准值，试验方被认为有效。 表 A.1 回归线的允差 转速 扭矩 功率 y 对 x 的估算值的标准 偏差，SEE ≤100r/min ≤最大发动机扭矩的 13% ≤最大发动机功率的 8% 回归线的斜率，m 0.95 - 1.03 0.83 - 1.03 0.89 - 1.03 相关系数，r2 ≥0.970 ≥0.850 ≥0.910 回归线的 y 截距，b ±50 r/min ±20Nm 或最大扭矩的 ±2%，取其较大者 ±4kW 或最大功率的 ±2%，取其较大者 仅为回归计算的目的， 在进行回归计算之前，表 A.2 中标示的点允许被删除。然而， 这些点在计算循环功率和排放时不得被删除。 怠速点是确定的一个点，此点基准扭矩和基 准转速均为 0。点删除适用于全部循环或任何部分循环。 表 A.2 回归分析中允许删除的点 条件 可删除点 最初的 6+1 秒 转速，扭矩，功率 全负荷和实际扭矩< 基准扭矩的 95% 扭矩 和/或 功率 全负荷和实际转速< 基准转速的 95% 转速 和/或 功率 空载和实际扭矩 >基准扭矩 扭矩 和/或 功率 空载和实际扭矩 >最大扭矩值的±2%（怠速点） 转速 和/或 功率 空载和基准扭矩< 0%（倒拖点） 扭矩 和/或 功率 A.7 排放试验的运行 A.7.1 概述 发动机排气污染物的排放测量，包括气体组分（一氧化碳、总碳氢化合物和非甲烷碳氢 化合物和氮氧化物），以及颗粒物。 此外，二氧化碳经常被用来作为示踪气体以确定部分流 稀释和全流稀释系统的稀释比。 在指定的试验循环过程中对上述污染物进行检测。整个循环的气态组分由对原排气的分 析仪信号积分、或对稀释排气的 CVS 全流稀释系统的积分或袋采样来确定。对于颗粒物， 通 过部分流或全流稀释系统从稀释排气中按比例采样到特定滤纸上。根据所用方法，整个循环 的稀释或未稀释排气流量应确定并用来计算污染物质量排放量。质量排放值除以按照第 A.6.1 条计算得到的发动机功率得到每千瓦小时的每种污染物排放的质量。 A.7.2 试验准备程序 A.7.2.1 发动机的准备 发动机准备包括发动机性能检查及系统标定等，应在发动机瞬态性能（mapping）试验 之前进行。 A.7.2.2 发动机冷却 使用自然或强制冷却方式。 A.7.2.2.1 自然冷却 应将发动机放置于温度在 293~303K（20~30℃）之间的室内预置。预置应至少进行 6h， 直到发动机润滑剂、冷却液（如有）和后处理系统温度达到室内温度。 A.7.2.2.2 强制冷却 应根据良好发动机工程经验建立一个系统，该系统输送冷空气经过发动机、使冷却油流 经发动机的润滑系统、散去发动机冷却系统上的热量、散去后处理系统的热量。强制后处理 装置降温时除非后处理系统已冷却至低于其催化激活温度，否则不能用冷空气降温。不允许 进行可导致排放无代表性的任何冷却程序。 A.7.2.3 取样滤纸的准备、测量设备的安装、启动颗粒物采样系统、调整稀释系统，以及检 查分析仪，应按照 GB 1......

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