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） HJ-689-2014

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 附件 BA（规范性附件）型式核准证书附件 ..................................................... 26 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) 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。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。 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）系统技术要求 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》 GB 17691-2005 确立的以及下列术语和定义适用于本标准。指本标准附录 A 中的包含 1800 个逐秒变换工况的瞬态试验循环。指主要在城市运行的公交车、邮政车和环卫车。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。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。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。

e = \frac{(0.14 \times m_{cold}) + (0.86 \times m_{hot})}{(0.14 \times W_{act,cold}) + (0.86 \times W_{act,hot})}

式中： $m_{cold}$ ——冷启动循环的各类污染物排放质量，g/循环； $m_{hot}$ ——热启动循环的各类污染物排放质量，g/循环； $W_{act,cold}$ ——冷启动循环的实际循环功，kW·h； $W_{act,hot}$ ——热启动循环的实际循环功，kW·h。

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
OBD 系统应满足 HJ437-2008 的要求。
按本标准核准的发动机，其标记应满足 GB17691-2005 第 6 章的要求，同时，还应在标牌中注明 “满足 HJ 689-2014 标准要求” 。
同一系族的发动机，除应满足 GB17691-2005 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。
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。
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。
阶段	第四阶段	第五阶段
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实施日期	2015 年 1 月 1 日	与 GB 17691-2005 第五阶段一致
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。
（规范性附录）
WHTC 试验规程

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。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。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—— $n_{hi} \times 1.02$ 或减油点的转速（取较低者）。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 $8 \pm 1\ (\mathrm{r/min})/\mathrm{s}$ 。应以至少每秒一点的取样率，记录发动机的转速和扭矩。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。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。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 = $n_{\text{规范值}} \times (0.45 \times n_{l_0} + 0.45 \times n_{pref} + 0.1 \times n_{hi} - n_{idle}) \times 2.0327 + n_{idle}$ （A.1）式中： $n_{l_0}$ ——最大功率 55%的功率所对应的最低发动机转速； $n_{pref}$ ——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； $n_{hi}$ ——最大功率 70%的功率所对应的最高发动机转速； $n_{idle}$ ——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 n_{95h} 对相应转速下扭矩最大值进行积分。n_{95h} 是 95%最大功率对应的最高转速。n_{pref} 是指从怠速到 n_{95h} 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 n_{pref} 的定义附件 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：

\text{实际扭矩} = \frac{\text{扭矩规范值} \times \text{最大扭矩}}{100}

（A.2）对应的实际转速由 A.5.1 条确定。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： n_{lo} = 1，015 r/min n_{hi} = 2200 r/min n_{pref} = 1300 r/min n_{idle} =600 r/min 计算得出：

\text{实际转速} = \frac{43 \times (0.45 \times 1015 + 0.45 \times 1300 + 0.1 \times 2200 - 600) \times 2.0327}{100} + 600

=1178r/min 在发动机瞬态性能曲线上 1178 r/min 处得到最大扭矩 700 Nm

\text{实际扭矩} = \frac{82 \times 700}{100} = 574Nm

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 W_{act}（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 W_{ref}（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 W_{act} 用于与基准循环功 W_{ref} 作比较，计算制动率的比排放量（参见 GB17691-2005 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。 W_{act} 应在 85%W_{ref} 至 105%W_{ref} 之间。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: