机动车排放标准

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美国轻型车污染物标准
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概述

美国目前对轻型车实施的是Tier 3阶段排放标准(2017至2025年),Tier 3标准适用于车辆额定总质量不超过14000磅的车辆,在Tier 3标准下对轻型和中型乘用车的尾气颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)+非甲烷有机气体(NMOG)排放限值是世界上最为严格的。

  • 标准类型:污染物排放限值

  • 监管机构:美国环保局(EPA)

  • 适用范围:美国轻型车排放标准适用于车辆额定总质量不超过8500磅的轻型车以及车辆额定总质量在8500-10000磅之间的中型乘用车、大型SUV和载客面包车。Tier 3阶段标准还覆盖车辆额定总质量不超过14000磅的2b类和3类重型车(EPA车辆定义)。

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历史

一直以来,美国在车辆尾气污染物排放标准方面始终处于世界领先,美国首部轻型车排放标准于1968年实施,随后每隔几年会进行审议更新。在1968到1987年期间,每次修订的标准会根据法规生效的年份命名。1981年,新的排放标准作为联邦法规出台,自1987年开始实施,这套标准如今被追称为Tier 0标准。随后,在《美国清洁空气法案》(1990年修订版)下为轻型车设定了两个阶段的新标准,即Tier 1和Tier 2阶段。

  • Tier 1标准于1991年6月5日发布,于1994至1997年间逐步全面实施。

  • Tier 2标准于1999年12月21日发布,于2004至2009年间逐步全面实施,适用于车辆额定总质量不超过8500磅的轻型车以及车辆额定总质量在8500-10000磅之间的中型乘用车、大型SUV和乘用面包车。

美国轻型车排放标准发展过程中的其他重要里程碑包括:

  • 1992年引入了冷启动(20°F)一氧化碳(CO)标准,实施时间与Tier 1标准实施时间相同;

  • 1996年对所有车辆提出了标准化的OBD II要求;

  • 于1996年引入了补充联邦测试工况(SFTP工况,包括US06和SC03工况),于2000至2004年逐步实施;

  • 为了进一步控制空气有毒污染物排放,于2007年增加了20°F下的碳氢化合物( HC)排放标准。

在从Tier 1到Tier 2标准过渡期间,美国出台了一项自愿性的“低排放车辆方案(NLEV方案)”。在该方案下,东北部各州与汽车制造商之间达成了协议,从1999车型年开始在美国东北部地区对新生产乘用车和轻型货车实施比EPA强制性法规要求更加严格的尾气排放标准,自2001年后该方案开始在全美推广实施。虽然是协议形式,但“低排放车辆方案”具有与其他新车管理法规相同的强制性效力。“低排放车辆方案”设定了与加州CA LEV I标准相同的减排要求,实现了联邦与加州机动车排放标准之间的协同一致。“低排放车辆方案”按梯次设定了过渡型低排放汽车、低排放汽车和超低排放汽车标准,在实施的过程中会要求制造商按照规定比例认证上述类型的清洁汽车。“低排放车辆方案”仅适用于轻型车,不适用于车辆额定总质量大于6000磅的大型轻型货车。

Tier 3标准于2014年3月最终发布,于2017至2025年逐步实施。

此外,美国标准的一个显著特点是“燃料中立”,即所有车辆无论使用何种燃料均需遵守相同的排放限值。

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技术标准:Tier 1 标准

Tier 1标准于1991年6月5日发布,于1994至1997年逐步实施。Tier 1标准对乘用车和小型轻型货车实施至1999年,对大型轻型货车实施至2004年。除尾气限值外,Tier 1标准中还规定了蒸发排放限值,具体要求可参见EPA网站。

 

车辆类别

Tier 1标准适用于所有新生产轻型车,包括乘用车、轻型货车、SUV、微型面包车和皮卡。轻型车包括所有车辆额定总质量(车重+额定载重)不超过8500磅的车辆,具体可分为:

  • 乘用车

  • 小型轻型货车,车辆额定总质量不超过6000磅;

  • 大型轻型货车,车辆额定总质量超过6000磅。

 

联邦测试工况(FTP工况)下的排放标准

在Tier 1排放标准下,乘用车和轻型货车的排放采用联邦测试工况(FTP工况)进行测量。

表1. 乘用车和轻型货车Tier 1 排放标准(FTP 75工况,单位:克/英里)

车辆类别

50000英里/5年

100000英里/10年1

THC

NMHC

CO

NOx2柴油

NOx汽油

PM3

THC

NMHC

CO

NOx2柴油

NOx汽油

PM3

乘用车

0.41

0.25

3.4

1.0

0.4

0.08

-

0.31

4.2

1.25

0.6

0.10

小型轻型货车

LVW < 3750磅

-

0.25

3.4

1.0

0.4

0.08

0.80

0.31

4.2

1.25

0.6

0.10

小型轻型货车

LVW > 3750磅

-

0.32

4.4

-

0.7

0.08

0.80

0.40

5.5

0.97

0.97

0.10

大型轻型货车

ALVW < 5,750磅

0.32

-

4.4

-

0.7

-

0.80

0.46

6.4

0.98

0.98

0.10

大型轻型货车

ALVW > 5750磅

0.39

-

5.0

-

1.1

-

0.80

0.56

7.3

1.53

1.53

0.12

注释:1. 所有大型轻型货车的使用寿命周期为 120000 英里/11 年,另外对轻型货车的总碳氢(THC)标准也适用这一周期要求;2. 对于柴油车,NOx 限值在 2003 车型年及之前较为宽松;3. PM 标准仅适用于柴油车。

术语:
LVW =车辆满载质量(整备质量 + 300 磅)
ALVW = 调整后满载质量(整备质量与最大总质量的算术平均值)
小型轻型货车(最大总质量不超过6000磅)
大型轻型货车(最大总质量超过6000磅)

 

补充联邦测试工况(SFTP工况)下的排放限值更新

在 FTP75 测试工况基础上,EPA又纳入了补充联邦测试工况(SFTP工况),于 2000 至 2004 年间逐步实施。SFTP工况包括了额外的测试循环,以测量在较为激烈的高速公路驾驶条件下的排放(US06 循环),和车辆空调系统运行时的城市驾驶排放(SC03)。Tier 1 SFTP 标准适用于NMHC+NOx 和 CO 排放,其中NMHC+NOx 标准会经过加权处理,而 CO 标准则既可在 US06 和 SC03循环下独立适用,也可选择加权处理。NMHC+NOx 和 CO 的可选加权公式为:SFTP = 0.35 × FTP + 0.28 × US06 + 0.37 × SC03。下表展示了具体限值要求,括号里展示的为50000英里内的要求。

表2. 乘用车和轻型货车Tier 1 排放标准(SFTP 工况,单位:克/英里)

车辆类别*

NMHC+NOx

加权

CO

US06

CO

SC03

CO

加权

乘用车及小型轻型货车,LVW < 3750磅

0.91/2.071 (0.65/1.48†)

11.1 (9.0)

3.7 (3.0)

4.2 (3.4)

小型轻型货车,LVW > 3750磅

1.37 (1.02)

14.6 (11.6)

4.9 (3.9)

5.5 (4.4)

大型轻型货车,ALVW < 5,750磅

1.44 (1.02)

16.9 (11.6)

5.6 (3.9)

6.4 (4.4)

大型轻型货车,ALVW > 5750磅

2.09 (1.49)

19.3 (13.2)

6.4 (4.4)

7.3 (5.0)

*注:请参阅上述表格中的术语说明。

1. 更宽松的值适用于柴油燃料车辆。

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技术标准:Tier 2 标准

在1999年12月, EPA宣布对Tier 1标准进行更新,通过Tier 2标准来对美国轻型车的常规污染物排放进行监管。Tier 2标准引入了比Tier 1要求更加严格的排放限值,并且针对较大尺寸的车辆额外提出了更为严格的要求。在Tier 2标准下,所有重量级别的车辆均适用于相同的排放标准,即轿车、微型面包车、轻型货车和SUV要遵守相同的排放限值。

 

车辆类别

在Tier 2标准下,轻型车排放标准的适用范围有所扩大,涵盖了一些重量级别更高的车辆。Tier 1标准适用于车辆额定总质量不超过8500磅的车辆,Tier 2标准在涵盖所有Tier 1适用车型的基础上,又将中型乘用车纳入了管理范围。中型乘用车的车辆额定总质量在8500至10000磅之间,主要用于乘客运输。这类车辆主要包括较大型的SUV和乘用面包车。下表概述了Tier 2标准中的车辆类别定义,车辆额定总质量在8500磅以上的商用车,如厢式货车或轻卡,则继续按照重型发动机排放标准进行认证。

表3. Tier 2标准中的车辆类别

车辆类别

缩写

要求

轻型车

LDV

车辆额定总质量不超过8500磅。

轻型货车

LDT

车辆额定总质量不超过8500磅,整备质量不超过6000磅,正面投影面积不超过45平方英尺 。

小型轻型货车

LLDT

车辆额定总质量不超过6000磅。

1类轻型货车

LDT1

LVW1不超过3750磅。

轻型

LDT2

LVW1超过3750磅。

大型轻型货车

2类轻型货车

HLDT

车辆额定总质量超过6000磅。

3类轻型货车

LDT3

ALVW2不超过5750磅。

4类轻型货车

LDT4

ALVW2超过5750磅。

中型乘用车

MDPV

车辆额定总质量不超过10000磅3

注:

  1. LVW =车辆满载质量(整备质量 + 300 磅)
  2. ALVW = 调整后满载质量(整备质量与最大总质量的算术平均值)
  3. 制造商可以选择通过重型柴油发动机法规对柴油燃料的MDPV进行发动机认证。

无论车辆使用的是何种燃料(汽油、柴油或替代燃料)都需要遵守相同的排放限值。由于轻型车的排放标准是以克/英里污染物排放为单位,因此配备更大发动机的车辆(如轻型货车或SUV)必须采用更先进的排放控制技术才能满足标准要求。

 

排放限值:Tier 2标准下的认证分级(Bin

制造商必须确保每辆车的污染物排放都不超过所选Bin下的排放限值。对于每一车型年而言,在制造商年度销售的所有车辆的平均排放低于规定限值的情况下,制造商可以为不同车辆选择不同的Bin进行认证。下表展示了FTP75测试工况下各项污染物的各级Bin限值。

表4. Tier 2排放标准,FTP 75,单位:克/英里

Bin

中期限值 (5年 / 50,000 英里)1

完整使用寿命周期限值

NMOG2

CO

NOx3

PM

HCHO

NMOG2

CO

NOx3

PM

HCHO

临时分级

11a,c

0.195

5

0.6

0.12

0.022

0.280

7.3

0.9

0.12

0.032

10a,b,d,f

0.125 (0.160)

3.4 (4.4)

0.4

0.08

0.015 (0.018)

0.156 (0.230)

4.2 (6.4)

0.6

0.08

0.018 (0.027)

9a,b,e

0.075 (0.140)

3.4

0.2

0.06

0.015

0.090 (0.180)

4.2

0.3

0.06

0.018

永久分级

8b,g

0.100 (0.125)

3.4

0.14

0.02

0.015

0.125 (0.156)

4.2

0.20

0.02

0.018

7

0.075

3.4

0.11

0.02

0.015

0.090

4.2

0.15

0.02

0.018

6

0.075

3.4

0.08

0.01

0.015

0.090

4.2

0.10

0.01

0.018

5

0.075

3.4

0.05

0.01

0.015

0.090

4.2

0.07

0.01

0.018

4

0.070

2.1

0.04

0.01

0.011

3

0.055

2.1

0.03

0.01

0.011

2

0.010

2.1

0.02

0.01

0.004

1

0.000

0.0

0.00

0.00

0.000

备注:

  1. 认证使用寿命周期为150000英里的车辆可以自行选择是否满足中期限值;
  2. 对于柴油燃料车辆,NMOG(非甲烷有机气体)等同于NMHC(非甲烷碳氢化合物);
  3. 在Tier 2标准下,制造商的车队平均NOx排放标准为0.07克/英里。
  1. 该分级在2006车型年末被删除(对于大型轻型货车和中型乘用车,该分级在2008车型年被删除);
  2. 较高的NMOG、CO和HCHO限值仅适用于大型轻型货车和中型乘用车;
  3. 该分级仅适用于中型乘用车;
  4. 可选的NMOG标准(中期限值为0.195克/英里,完整使用寿命周期为0.280克/英里),仅适用LDT4级别轻型货车和中型乘用车;
  5. 可选的NMOG标准(中期限值为0.100克/英里,完整使用寿命周期为0.130克/英里)仅适用于LDT2级别轻型货车;
  6. 该等级的中期限值对于柴油车辆是可选的;
  7. 在2008车型年末删除了较高的NMOG限值。

Bin 8b-11排放标准已在2006至2008年间逐步被淘汰。自2008年起,所有车辆必须符合Bin 1-8a中的任意一级排放标准。以NOx排放为例,车辆制造商的车队平均NOx排放必须满足Bin5标准,即0.07克/英里。也就是说,排放水平高于Bin5标准的车辆,需要用NOx排放水平低于Bin5标准的低排放车辆来抵消。任何符合某一 Bin 限值的Tier 2车辆都可用于满足车队中一定比例的车辆平均 NOx 排放需达到 0.07克/英里的要求,在过渡期内,其余未用于满足0.07克/英里NOx平均排放要求的车辆被称为“Tier 2过渡车辆”。这部分过渡车辆仍需至少满足某一Bin标准的要求,但整体上对车队平均排放要求相对宽松。中期限值适用于车辆使用寿命周期的前5年/50000英里(以二者先到者为准)。

EPA的排放标准涵盖了加州LEV II标准下的污染物类别,以便于车辆制造商在联邦和加州标准下同时进行认证。不过,Tier 2的车队平均排放要求更侧重于管理NOx排放,而加州LEV II标准则是基于非甲烷有机气体(NMOG)排放设定的车队平均限值。

 

Tier 2排放标准的逐步实施

Tier 2排放标准在2004至2009年间逐步实施。对于新生产乘用车和小型轻型货车,Tier 2标准自2004车型年开始实施,到2007车型年完全实施;对于大型轻型货车和中型乘用车,Tier 2标准自2008车型年开始实施,到2009车型年完全实施。在2008年车型年底以前,要求制造商对“Tier 2乘用车+小型轻型货车”和“Tier 2大型轻型货车+中型乘用车”的车队平均NOx排放分别进行计算,二者都需要满足0.07克/英里(相等于Bin5限值)的车队平均NOx排放限值和合规车辆占比要求。

在逐步实施过渡期内,未被计入合规判定的“ Tier 2过渡车辆”也至少要满足一项可选的Bin限值,例如乘用车和轻型货车最低需要满足Bin10分级下的中期和完整使用寿命周期限值,中型乘用车最低需要满足Bin11限值。2004至2007年期间,“ Tier 2过渡车辆”中的乘用车和小型轻型货车必须满足0.30克/英里的过渡性NOx标准(相当于Bin9和NLEV标准)。在2004年至2008年期间,“ Tier 2过渡车辆”中的大型轻型货车和中型乘用车必须满足0.20 克/英里的过渡性NOx标准(相当于Bin8标准)。未包括在逐步实施范围内的车辆也须遵守排放标准,大型轻型货车需遵守Bin10 NOx标准(0.60 克/英里),中型乘用车需遵守Bin 11 NOx标准(0.90 克/英里)。

在2007车型年之前,制造商可以选择在重型柴油发动机标准下对中型乘用车进行发动机认证,而不需要在轻型车法规下进行整车认证,这部分车辆不能被视为“ Tier 2过渡车辆”,用于满足Tier 2标准实施过渡期间的合规要求。

表5. Tier 2标准逐步实施占比要求

车型年

满足Tier 2标准的乘用车和小型轻型货车占比%a

满足Tier 2标准的大型轻型货车和中型乘用车占比%b

Tier 2过渡车辆占比%c

2004

25

25

2005

50

50

2006

75

75

2007

100

100

2008

100

50

100

2009及以后

100

100

注释:

  • a – 必须符合Tier 2要求的乘用车和小型轻型货车占比
  • b – 必须符合Tier 2要求的大型轻型货车和中型乘用车占比
  • c – 必须符合Tier 2过渡车辆车队平均NOx标准的大型轻型货车和中型乘用车占比

 

使用寿命

在Tier 2标准下,乘用车和小型轻型货车的使用寿命周期延长至120000英里或10年(以二者先到者为准);大型轻型货车和中型乘用车的使用寿命周期为120000英里或11年(以二者先到者为准)。在进行Tier 2标准认证时,制造商可自愿选择将使用寿命周期延长至150000英里或15年(以二者先到者为准),这样做可以获得NOx减排积分或豁免中期标准要求。对于“ Tier 2过渡车辆”,使用寿命周期为100000英里或10年(以二者先到者为准)。

 

燃料质量

Tier 2标准中还引入了对燃料质量的新要求,这主要是因为要满足排放法规要求需要使用催化转化器、颗粒物捕集器等先进后处理技术,这就需要使用更清洁的燃料。

  • 汽油硫含量:要求大多数炼油商和进口商自2004年开始满足汽油平均硫含量120 ppm,最高上限300 ppm的标准;自2006年起,平均标准降至30 ppm,硫含量上限为80 ppm。对一些小型炼油商,2007年之前可暂时适用相对宽松的标准。此外,在2004年至2006年期间,美国西部的部分地区也暂时适用了较宽松的标准。
  • 柴油硫含量:自2006年6月开始供应硫含量不超过15ppm的车用柴油(又称超低硫柴油,ULSD),EPA 在2007至2010年重型发动机排放法规中也规定了降低柴油燃料硫含量的要求。

 

新车测试和认

EPA在Tier 2标准下采用了三级合规战略,包括在生产销售前进行车辆评估认证、在生产过程对装配线上的车辆进行早期检测;以及通过合规监管来确保车辆在其整个使用寿命期间内保持排放达标。

 

补充工况(SFTP工况)下的尾气排放标

除了要在FTP工况下满足排放要求外,认证车辆还需要符合补充工况(SFTP工况)下的尾气排放标准(US06和SC03工况)。SFTP工况排放标准仅适用于乘用车和轻型货车,对中型乘用车不做要求。另外,替代燃料和灵活燃料的乘用车和轻型货车,在使用非汽柴油燃料行驶时,也不在SFTP工况标准管理范围内。除了某些特例情况之外,制造商需遵守SFTP工况下的4000英里限值和完整使用寿命周期限值。Tier 2标准下的SFTP工况测试规程是Tier 1标准与NLEV方案SFTP工况管理要求的结合,并未另外增加SFTP工况标准的严格度。下表基于不同类型的车辆列出了SFTP工况下对NMHC+NOx和CO的4000英里限值要求。

表6. SFTP工况下对Tier 2乘用车和轻型货车的4000英里限值要求,单位:克/英里

 

US06

NMHC+NOx

CO

SC03

NMHC+NOx

CO

乘用车/LDT1

0.14

8.0

0.20

2.7

LDT2

0.25

10.5

0.27

3.5

LDT3

0.4

10.5

0.31

3.5

LDT4

0.6

11.8

0.44

4.0

Tier 2 标准下的完整使用寿命周期 SFTP 标准(适用于 NMHC+NOx、PM 和 CO)是基于车辆质量分类和适用于该车辆 Bin计算得出的。其计算方法为 Tier 1 SFTP 标准减去 Tier 1 和 Tier 2 FTP 标准之间差值的 35%。以选择Bin 10限值认证 的 LDT4 车辆为例,其 Tier 2 SFTP 标准如下所示。

 

表7. SFTP 标准计算样例(LDT4,Bin 10车辆),单位:克/英里

 

Tier 1 SFTPa

Tier 1 FTP

Tier 2 FTP

Tier 2 SFTP

NMHC+NOx

2.09

0.56+1.53=2.09b

0.230+0.6=0.830c

1.65

PM

0.12d

0.12

0.08

0.11

CO

7.3

7.3

6.4

7.0

a – 可参见联邦法规40 CFR 86.1811-04条。
b – NOx 和 NMHC 排放标准的总和。
c – NOx 和 NMOG 排放标准的总和。
d – Tier 1 FTP 工况排放标准。

车辆完整使用寿命周期SFTP标准的合规性是通过对排放测试结果进行加权计算后确定的,计算公式为:0.35(FTP)+ 0.28(US06)+ 0.37(SC03),然后将计算结果与SFTP标准进行比较。“Tier 2过渡车辆”也需要满足Tier 2 SFTP标准要求,但其中大型轻型货车只需满足2002年SFTP限值即可,Bin10乘用车/小型轻型货车满足Tier 1标准下的SFTP限值即可。SFTP标准中的PM限值不适用于“Tier 2过渡车辆”中的乘用车和小型轻型货车。汽油乘用车、小型轻型货车和中型乘用车还需要满足低温环境排放标准,即需要在20°F(-7°C)环境下进行FTP工况CO排放测量及原始CO&HC浓度快速测试认证(该要求不适用于柴油车)。NOx方面,在联邦道路车辆燃油经济性测试(HWFET)中测量出的NOx排放量不得超过FTP 工况NOx标准的1.33倍(该要求不适用于中型乘用车)。

 

合规监管

在用车测试主要用于验证正常维修保养的车辆在后续数年的使用过程中是否能够保持排放合规。Tier 2法规中包含了在用车排放标准,具体规定如下:

  • NOx和NMOG排放标准适用于2008车型年以前的Bin5、4、3、2级乘用车和小型轻型货车以及2010车型年以前的大型轻型货车和中型乘用车;

  • NOx和PM排放标准适用于Bin10级柴油车;

  • 高海拔地区NOx排放标准适用于2007至2009车型年的Bin7和Bin8级柴油车

下表总结了对不同车辆类别的测试要求。

表8. 车辆类别及对应的测试要求

车辆类别

FTP

SC03

US06

FTP低温

快速认证测试

在用测试

道路车辆

燃油经济性NOx标准

乘用车、小型轻型商用车(LDT1-4)、大型轻型商用车

仅适用于汽油车

仅适用于汽油车

中型乘用车

1

仅适用于汽油车2

仅适用于汽油车2

注释:

  1. 制造商可以选择通过重型柴油发动机法规来认证柴油燃料的中型乘用车。
  2. 不适用于“Tier 2过渡车辆”

 

其他规定

  • 对于Tier 2和“ Tier 2过渡车辆”,从2004车型年开始,要求制造商确保车辆整个尾气排放系统可以在车辆使用寿命周期内实现无泄漏组装、安装和运行(即泄漏被控制在不导致超出限值的程度)。尾气排放系统涵盖了从发动机缸体进气口垫圈到排放系统中最后一个催化器和氧传感器所在位置后方一定区域内的所有组件(在后方设置一定区域是为了确保如若在此范围外发生泄漏,不会导致空气达到正常运行的氧传感器或催化器所在位置)。

  • 自2001车型年起,任何经过排放标准认证的车辆均不允许将曲轴箱排放释放至环境空气当中。

  • NOx减排积分和排放赤字。制造商可以根据其车队平均NOx排放是否超过或低于标准要求来产生Tier 2或“Tier 2过渡车辆”的NOx减排积分或排放赤字。如果制造商在某一车型年产生了NOx排放赤字,则必须在赤字产生后不超过三年内,从自己生产或其他制造商生产的车辆上获得足够的减排积分来抵消该赤字。例如,如果某制造商在核算2008车型年排放时产生了NOx排放赤字,就必须在2011年车型年以前依靠自己或其他制造商生产的车辆来获得排放积分消除赤字。对于“Tier 2过渡车辆”,“乘用车/小型轻型货车”和“大型轻型货车/中型乘用车”的NOx减排积分需要分开生成、计算、跟踪、平均、存储、交易及报告,且不得用于满足Tier 2车队平均NOx标准,反之亦然。“Tier 2过渡车辆”的“乘用车/小型轻型货车”NOx减排积分也不可用于满足“大型轻型货车/中型乘用车”的车队平均NOx标准,反之亦然。

  • 直接臭氧减少装置。在进行NMOG排放认证时,采用了直接臭氧减少装置的制造商可以获得NMOG减排积分,该积分可用于满足在用车标准合规。该积分实际上相当于放宽了制造商的NMOG排放限值,例如,制造商的NMOG减排积分为01克/英里,车辆在Bin5下进行认证,则车辆的NMOG排放要求将变成不得超过0.10 克/英里,而不是常规的Bin 5 NMOG认证标准0.09克/英里。

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技术标准:Tier 3标准

2014年3月,EPA确定出台了针对车辆和燃料的新排放标准,称为Tier 3排放标准。Tier 3标准自2017车型年开始逐步实施,至2025车型年全面实施,旨在减少乘用车、轻型货车、中型乘用车以及一些重型车的尾气污染物和蒸发排放。Tier 3标准下,台架排放测试的适用范围扩展至了2B类和3类货车(最高14000磅),涵盖了一些之前被纳入重型车排放标准的车辆。Tier 3标准全面实施后,在车辆排放和燃料标准的共同作用下,挥发性有机化合物和氮氧化物排放限值将加严80%,颗粒物排放限值将加严70%,并将进一步降低燃油蒸气限值。针对中重型皮卡以及厢式货车的排放标准也有所加严,车队平均NMOG+NOx和单车PM限值约降低了60%。Tier 3标准下的车辆使用寿命周期也有所延长,与加州LEV III法规的要求相一致。在Tier 3标准下,车辆的完整使用寿命周期为150000英里或15年,但出于《清洁空气法案》的一些立法限制,EPA提供了一个选项,允许在NMOG+NOx排放限值下选择120000英里/10年的使用寿命周期,但前提是需要按照比例加严适用的NMOG+NOx限值(为150000英里限值的85%)。Tier 3标准要求将汽油硫含量平均值从30 ppm降低至10 ppm,这项要求与欧洲、日本和韩国等地区的要求基本一致(不过这些国家采用的是10 ppm上限,而不是EPA所采用的10 ppm均值)。认证所用的基准燃料也有一些变化,以反映商业汽油产品中广泛添加10%乙醇的实际情况。Tier 3标准议案于2013年4月提出,最终发布的标准法规相比法规议案主要做出了以下四项重要调整:

  • 降低了合规成本估值:将2025车型年的车辆排放控制成本估值从每辆车134美元降低至72美元;Tier 3法规全面实施后的汽油合规成本估值从每加仑89美分降低至0.65美分。

  • 采用了更严格的SFTP颗粒物排放标准

  • 将认证燃料中的乙醇掺混要求从15%改为10%

  • 为炼油厂提供了更多降硫方面的灵活性

 

逐步实施的轻型和中型车排放限值

Tier 3标准主要关注FTP工况下的NMOG、NOx、PM、CO和甲醛(HCHO)排放。Tier 3标准采用了NMOG+NOx组合限值,这是与Tier 2标准相比的一项重大变化,Tier 2标准采用的是NOx车队平均限值。Tier 3标准下的NMOG+NOx限值也是车队平均排放标准(FTP工况),制造商必须为其认证的每辆车选择一个Bin,并根据销量对所选的Bin限值进行加权计算,以获得每一车型年的车队平均NMOG+NOx排放。在Tier 3标准下设的每一个Bin中,都设定有NMOG+NOx标准,以及CO和HCHO标准。这些排放限值同时适用于汽油、柴油和替代燃料车辆。与Tier 2标准一样,Tier 3标准适用于所有车辆额定总质量不超过8500磅的乘用车和轻型货车,以及车辆额定总质量为8500-10000磅的中型乘用车。下表显示了Tier 3标准针对乘用车、轻型货车和中型乘用车的实施时间表。

表9. Tier 3乘用车、轻型货车和中型乘用车的车队平均NMOG+NOx标准逐步实施时间表 [FTP工况,毫克/英里]

测试工况

车辆类别

Tier 2

Tier 3 (车型年)

Tier 2

2016a

2017b

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025年及以后

FTP

乘用车/LDT1c

160

86

79

72

65

58

51

44

37

30

FTP

LDT2,3,4 和中型乘用车

160

101

92

83

74

65

56

47

38

30

  1. Tier 2标准下的车辆使用寿命周期为120000英里。
  2. 从2018车型年开始适用于车辆额定总质量超过6000磅的车辆。
  3. Tier 3标准下的车辆使用寿命周期为150000英里,制造商可以选择将所有乘用车和LDT1轻型货车的使用寿命周期认证为120000英里,同时按比例加严车队平均排放限值,即将150000英里限值乘以0.85后四舍五入至最接近的数值(以毫克为单位)。

 

除了FTP工况标限值外,Tier 3标准还包括SFTP工况下的NMOG+NOx和PM标准。其中,NMOG+NOx标准要在两项补充工况下进行测试,US06工况旨在模拟更高的行驶速度和更高的加速度(车辆负载更高),而SC03工况则是模拟在95°F条件下的空调运行,并模拟阳光辐射。最终,SFTP工况的NMOG+NOx标准是基于FTP、US06和SC03排放值加权计算的(计算公式:0.35 × FTP + 0.28 × US06 + 0.37 × SC03),与Tier 2 SFTP标准的计算方法相同。SFTP工况下的 NMOG+NOx标准也是车队平均标准,下表展示了标准的逐步实施时间表,表中所有车型年的CO标准均为4200毫克/英里。

表10. Tier 3乘用车和中型乘用车的车队平均SFTP NMOG+NOx标准逐步实施时间表 [毫克/英里]

测试工况

污染物

车型年

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025+

017

SFTP

NMOG + NOx

103a

97

90

83

77

70

63

57

50

SFTP

SFTP

CO

4200a

注:对于车辆额定总质量超过6000磅的车辆,自2018车型年起开始实施。

 

颗粒物(PM)标准限值在每一车型年都是相同的,针对各类车辆按销量占比逐步实施,不是车队平均标准。在逐步实施期间,针对乘用车和中型乘用车的FTP工况PM标准为3克/英里,另设定了6克/英里的在用车标准。US06工况下也设定了PM标准,2017和2018车型年的标准为10 克/英里,此后所有年份均为6克/英里,同时对2019至2023车型年也设定了临时的在用车标准。值得一提的是,US06工况下的 PM标准是从标准议案到最终版本做出的少数几项修改之一。下表展示了SFTP PM标准的逐步实施时间表。

表11. Tier 3乘用车、轻型货车和中型乘用车的SFTP PM标准逐步实施时间表 [毫克/英里]

测试工况

管理变量

车型年

2017a

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

/

对在美国市场销售车辆的合规比例要求

20%

20%

40%

70%

100%

FTP

新车认证标准

3

在用车标准

6

3

US06

新车认证标准

10

6

在用车标准

10

6

注:对于车辆额定总质量超过6000磅的车辆,自2018车型年起开始实施。

 

2b类和3类重型车的排放限值与逐步实施方案

Tier 3标准还将监管范围扩展到了重型车领域。Tier 2标准仅适用于10000磅以下的车辆,而Tier 3标准则开始对2b类和3类货车(车辆额定总质量最高可达14000磅)进行监管。这些车辆以前属于重型车排放标准的管辖范围,通常是全尺寸皮卡或厢式货车,可在认证时由底盘测功机进行整车测试,以克/英里为单位报告排放测量结果。

当前法规允许制造商在底盘测试认证或发动机测试认证之间进行选择,大多数制造商会选择前者。Tier 3标准现在全面涵盖这些全尺寸车型,并要求其逐渐减少排放量。对于车辆额定总质量低于10000磅的非整车重型车,仍将继续现有法规要求的台架与发动机认证操作。

由于车型大小、负载能力和测试采用的负载工况与轻型货车存在显著差异,2b类和3类重型车的排放标准要显著高于轻型货车限值。Tier 3标准对重型车的Bin分级和排放限值设定均与加州LEV III标准相一致(详见下表)。标准中采用的临时Bin是沿用了前标准的做法,临时Bin不包括SFTP要求、使用寿命周期延长要求及使用在排放测试中使用新基准汽油的要求。

表12. Tier 3重型车的Bin分级限值 [FTP工况,毫克/英里]

 

NMOG+NOx

NMOG

NOx

PM

CO

甲醛

2b类 (车辆额定总质量 8501-10000磅)

Bin 395 (临时)

195

200

8

6.4

6

Bin 340

140

200

8

6.4

6

Bin 250

250

8

6.4

6

Bin 200

200

8

4.2

6

Bin 170

170

8

4.2

6

Bin 150

150

8

3.2

6

Bin 0

0

0

0

0

3类 (车辆额定总质量10001-14000磅)

Bin 630 (临时)

230

400

10

7.3

6

Bin 570 (临时)

170

400

10

7.3

6

Bin 400

400

10

7.3

6

Bin 270

270

10

4.2

6

Bin 230

230

10

4.2

6

Bin 200

200

10

3.7

6

Bin 0

0

0

0

0

和轻型车的Bin分级管理方案相同,重型车所适用的车队平均排放标准也会随着时间推移而逐步收紧,这将使车队中的更多车辆从高排放Bin向低排放Bin转变。自2018车型年以后,这些标准将与加州LEV III标准协同一致。允许制造商使用减排积分来实现2b和3类车队的平均排放合规。

表13. Tier 3 重型车队的平均NMOG+NOx 标准  [FTP工况,毫克/英里]

 

自愿性标准

强制性标准

车型年

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022及以后

2b级 重型车a

333

310

278

253

228

203

178

3级 重型车b

548

508

451

400

349

298

247

注:

a. 车辆额定总质量在 8501 到 10000 磅之间的整体式货车;

b. 车辆额定总质量在 10001 到 14000 磅之间的整体式货车。

在PM限值方面,对2b 和 3级重型车将分别实施8毫克/英里和10毫克/英里的排放限值,并根据制造商每年的销售比例逐步推进。EPA采用了与轻型车标准相同的逐步实施方案,对2018、2019、2020 和 2021 车型年分别设定了达标车辆销量比例 20%、40%、70% 和 100%的要求。此外,EPA还提供了一种更灵活的方案来作为PM标准逐步实施期间的合规选项,即允许制造商用提前认证获得的减排积分来满足后续年份的逐步实施要求。

 

Tier 3标准首次提出了针对重型车的SFTP标准。与轻型车一样,SFTP标准是基于 FTP 工况、SC03 工况和激进驾驶排放权重计算后的综合加权值。 其中,激进驾驶工况专门针对不同类别的重型车进行了定制调整,即大多数重型车适用 US06 循环,而低功率重量比的 2b级重型车则适用 US06 工况中的高速部分, 3级重型车适用 LA-92工况循环。Tier 3标准下的重型车SFTP 标准与加州 LEV III标准相一致,管理污染物包括NMOG+NOx、PM 和 CO。

表14. Tier 3 重型车 SFTP 标准 [毫克/英里]

 

NMOG+NOx

PM

CO

2b级重型车(功率/额定总质量比小于或等于 0.024a

FTP Bins 200, 250, 340

550

7

22

FTP Bins 150, 170

350

7

12

2b级重型车

FTP Bins 200, 250, 340

800

10

22

FTP Bins 150, 170

450

10

12

3级重型车

FTP Bins 270, 400, 570

550

7

6

FTP Bins 200, 230

350

7

4

  1. 适用于使用 US06 工况高速部分进行排放测试的车辆。

 

蒸发排放标准

设定蒸发标准的目的旨在消除燃料蒸发产生的碳氢化合物排放。在Tier 3标准下, 蒸发排放限值加严了约 50%,适用于所有汽油车(包括轻型车和重型车)。Tier 3蒸发排放标准中设定了新的蒸发限值、逸出测试要求、泄漏测试要求和车载诊断要求。这些要求将在6个车型年内逐步实施。具体而言,要求40%的乘用车和小型轻型货车(LDT1和LDT2)在2017车型年满足标准要求,此后逐步将管理要求扩展至所有乘用车、轻型货车和中型乘用车,2018和2019车型年达标比例要求为60%,2020和2021车型年为80%,2022车型年起为100%。逸出和泄漏测试要求与“零蒸发”标准的实施进度相挂钩,车辆在进行蒸发排放认证时,除了要满足主标准的要求,还要满足逸出和泄漏测试标准。蒸发排放标准允许制造商通过提前认证(在 2017 车型年之前)产生减排积分,并以车队平均达标来实现合规,不同分级的车辆之间不得进行积分交易。除了更新了对认证测试基准燃料的要求外,EPA 并未在Tier 3标准下对原有的轻型车运行损失或加油排放标准进行任何修订。

表15. Tier 3 蒸发排放标准

车辆类别

最高昼间+热浸透排放 (克/测试)(基于 2 天和 3 天 密闭舱昼间测试)

乘用车、 LDT1

0.300

LDT2

0.400

LDT3、LDT4、 中型乘用车

0.500

重型汽油车

0.600

 

碳罐逸出测试

Tier 3 标准提出了一项新的测试要求,称为逸出排放测试规程,以确保原则上完全消除燃油蒸发排放。在这项要求下,制造商需要在 2 天的昼间测试中,测量燃油和碳罐的蒸发排放,并满足0.020克/测试的标准。该标准适用于所有乘用车、轻型货车和中型乘用车,且不得以车队平均模式达标。重型汽油车的碳罐逸出测试限值为0.030克/测试。碳罐逸出测试要求在 2017 至 2022车型年间逐步实施,泄漏测试自2018车型年开始逐步实施。

 

车载诊断系统 (OBD)

在Tier 2标准下,EPA 规定允许制造商使用加州空气资源委员会 (CARB) 认证的车载诊断 (OBD) 系统,并接受 CARB 的 OBD 认证。Tier 3 标准中的OBD管理要求与CARB 的OBD新规一致(2017车型年开始生效),EPA 引入了CARB OBD法规中的蒸发泄漏测试规程及限值,同时还针对加强泄漏排放标准提出了一些补充性要求。车辆的 OBD 系统能够检查车辆蒸发排放控制系统是否出现泄漏故障,这些系统使用正压或负压泄漏检测泵,或根据自然真空进行负压泄漏检测。EPA 的测试也是基于类似的概念,即将系统置于轻微的正压力下(来自外部源),测量燃油/蒸发控制系统中维持该压力水平所需的流速,并将该流速转换为相应的孔径直径。该标准将禁止累计等效直径大于等于 0.02 英寸的泄漏,这将有助于确保车辆在其完整使用寿命内保持接近零的燃油蒸气排放。所有适用Tier 3蒸发排放法规的乘用车、轻型货车、中型乘用车和重型汽油车(车辆额定总质量不超过14000磅),均需从 2018 车型年开始满足泄漏排放标准。

 

合规

EPA为汽车制造商提供了准备时间和灵活性合规选项,以减轻合规监管方面的负担。例如,提前合规和生产超低排放车辆可为制造商带来减排积分。此外,Tier 3标准的要求与CARB的LEV III法规几乎一致,使得汽车制造商可以在美国所有 50 个州销售相同的车辆,降低合规成本。

 

燃料要求

Tier 3法规要求自2017年1月1日起将汽油中的硫含量均值从 30 ppm 降至 10 ppm,炼油厂出厂和下游的硫含量最大限值在Tier 2基础上保持不变:

  • 炼油厂出厂:80 ppm

  • 下游:95 ppm

该规则还要求燃油中添加的氧化剂(如脱醇燃料乙醇)也要满足Tier 3标准下的硫含量要求。

表16. Tier 2 和 Tier 3 汽油硫含量标准

标准

炼油厂年平均标准

炼油厂出厂硫含量上限/加仑

下游硫含量上限/加仑

Tier 2

30 ppm

80 ppm

95 ppm

Tier 3

10 ppma

80 ppm

95 ppm

  1. 自 2017 年 1 月 1 日起适用于大多数炼油厂,自 2020 年 1 月 1 日起适用于符合条件的小规模炼油厂和小产量炼油厂。

Tier 3最终版法规为炼油厂也提供了一定的合规灵活性:

  • 简化并增加了平均、储存和交易机制的灵活性;

  • 允许将2012年之后的Tier 2低硫积分用于Tier 3合规;

  • 对日均原油处理能力不超过75000桶的小规模炼油厂可推迟至2020年1月1日实施;

  • 允许因不可预见性情况而申请困难性豁免或临时豁免。

 

认证燃料

EPA和CARB就更新认证测试燃料的相关要求进行了协调,更新内容包括使用含10%乙醇的燃料;将测试汽油的辛烷值降低至“普通汽油”水平;对蒸馏温度、芳烃、烯烃、硫和苯含量要求进行调整,以更好地匹配市售燃料,并与标准中新的汽油硫和苯含量要求保持一致。

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美国重型车污染物标准
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概述

目前,美国环保局(EPA)针对重型道路车辆发动机实施的是2007车型年(及以后)排放标准,该标准在数年内分阶段实施。其中,颗粒物(PM)排放限值自2007车型年开始实施,由于该限值足够严格,车辆需安装颗粒物捕集器(DPF)才能满足标准限值;氮氧化物(NOx)和非甲烷碳氢(NMHC)限值在2007年至2010车型年之间逐步实施。在2010年标准全面实施后的数年间(2010-2014车型年),柴油发动机的NOx实际排放可显著减少。从严格程度和技术要求上来讲,美国2010车型年重型车排放标准大致等效于欧VI标准。

  • 标准类型:污染物排放限值

  • 监管机构:美国环保局(EPA)

  • 适用范围:美国重型道路车辆发动机排放标准适用于车辆额定总质量超过8500磅的车辆发动机。

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历史

美国联邦对重型车发动机排放的监管始于1974年,随后在1988车型年首次对标准进行了加严,最新标准于2007-2010车型年期间逐步实施,也被称为美国2010车型年重型车标准。

作为必要的技术前提条件,美国自2007车型年开始引入了超低硫柴油要求(硫含量15ppm),低硫燃料的应用为颗粒物捕集器、氮氧化物催化器等排放控制技术的应用铺平了道路,而这些技术对于满足排放标准限值而言是十分必要的。

2020年1月,EPA发布了《清洁卡车倡议法规》立项通知书,计划对重型车氮氧化物标准进行更新。2022年3月28日,EPA发布了相关法规议案,要求显著减少重型汽油和柴油发动机排放的氮氧化物(NOx),并为部分类别的商用车设定了更严格的温室气体(GHG)标准。

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技术标准:1988-2003车型年标准

下表总结了EPA1988至2003车型年的重型柴油货车和客车发动机排放标准,自1994车型年起,认证燃料的硫含量上限需降至500ppm。

 

表1. EPA重型柴油发动机排放标准(单位:g/bhp-hr)

车型年

HC

CO

NOx

PM

重型柴油货车发动机

1988

1.3

15.5

10.7

0.60

1990

1.3

15.5

6.0

0.60

1991

1.3

15.5

5.0

0.25

1994

1.3

15.5

5.0

0.10

1998

1.3

15.5

4.0

0.10

公交客车发动机

1991

1.3

15.5

5.0

0.25

1993

1.3

15.5

5.0

0.10

1994

1.3

15.5

5.0

0.07

1996

1.3

15.5

5.0

0.05a

1998

1.3

15.5

4.0

0.05a

a在用车的颗粒物标准为0.07。

 

使用寿命周期和质保期:

车辆发动机需要在整个使用寿命周期内都满足排放标准要求才能被视为合规,对于重型车发动机的使用寿命周期规定如下(联邦和加州):

  • 小型重型柴油发动机(LHDDE):8年或110000英里(以二者先到者为准);

  • 中型重型柴油发动机(MHDDE):8年或185000英里(以二者先到者为准);

  • 大型重型柴油发动机(HHDDE):8年或290000英里(以二者先到者为准)。

针对公交客车的颗粒物排放限值(1994车型年至今)和氮氧化物排放限值(1998车型年至今),美国联邦要求将发动机的使用寿命周期增加至10年,但里程范围保持不变。排放相关零部件的质保期为5年/100000英里(加州为5年/100000英里/3000小时),且不得低于该发动机系族基础机械零部件的质保期。

 

1998-2003车型年的清洁燃料车队标准:

清洁燃料车队标准(CFF标准)是适用于1998至2003车型年发动机的一项自愿性联邦标准,管理范围涵盖了车辆额定总质量超过8500磅的重型压燃式(CI)和点燃式(SI)发动机。车辆在满足CFF标准的同时,其他污染物排放也需要满足常规标准要求。

表2. 重型点燃式(SI)和压燃式(CI)发动机的清洁燃料车队标准(单位:g/bhp-hr)

种类a

CO

NMHC+NOx

PM

HCHO

LEV(联邦燃料)

3.8

LEV(加州燃料)

3.5

ILEV

14.4

2.5

0.050

ULEV

7.2

2.5

0.05

0.025

ZLEV

0

0

0

0

a LEV — 低排放汽车;ILEV — 本质低排放汽车;ULEV — 超低排放汽车;ZEV — 零排放汽车。

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技术标准:2004–2006车型年标准

1997年10月,EPA发布了2004车型年(及以后)的重型柴油货车和客车发动机排放标准,要求从2004车型年开始将道路重型发动机的氮氧化物(NOx)排放降低至大约2.0g/bhp-hr。制造商可选择以下两个选项之一来对其发动机进行认证。

 

表3. EPA 2004车型年(及以后)的重型柴油发动机排放标准(单位:g/bhp-hr)

认证选项

NMHC + NOx

NMHC

1

2.4

n/a

2

2.5

0.5

除NMHC和NOx限值有所加严外,适用于1998及此后车型年重型发动机的所有排放标准都继续保持在1998车型年水平。

 

使用寿命周期和质保期:

EPA在2004-2006车型年标准下修订了发动机的使用寿命周期要求,对大型重型柴油发动机的使用寿命周期规定做了显著延长,具体规定如下:

  • 小型重型柴油发动机(LHDDE):110000英里或10年

  • 中型重型柴油发动机(MHDDE):185000英里或10年

  • 大型重型柴油发动机(HHDDE):435000英里或10年或22000小时

排放质保期要求依然是5年或100000英里,但涡轮增压和超级增压柴油发动机外,2004车型年以后的新发动机不允许产生曲轴箱排放。

在道路货车管理标准方面,美国联邦2004车型年标准与加州标准是协同一致的,目的是让制造商的同一款发动机或机械产品能够同时满足两地市场的要求。

 

违规处罚

1998年,EPA、美国司法部、CARB与发动机制造商(卡特彼勒、康明斯、底特律柴油机公司、沃尔沃、麦克卡车/雷诺、Navistar)就重型柴油发动机在特定驾驶工况下NOx排放过高的问题达成了法庭和解。自20世纪90年代初以来,制造商使用的发动机控制软件会导致发动机在稳定的高速公路巡航时切换至更为节省燃油但NOx排放更高的运行模式,EPA认为这种发动机控制策略是违法的,属于“排放控制系统失效装置”。

法庭和解的具体内容如下:

  • 对发动机制造商进行民事处罚,并要求制造商筹集资金进行污染物减排研究;

  • 升级现有发动机以降低NOx排放;

  • 设定与FTP瞬态工况相同的稳态排放限值(SET)和排放上限(NTE),NTE上限为1.25 × FTP(Navistar除外);

  • 在2002年10月之前满足2004车型年排放标准(提前15个月达标)。

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技术标准:2007车型年(及以后)标准

2000年12月21日,EPA签署了2007车型年(及以后)的重型道路发动机排放标准(CARB在2001年10月采纳了几乎相同的加州2007车型年重型发动机标准)。该标准由排放标准和柴油燃料管理法规两部分组成。 排放标准限值如下:

 

表4. EPA 2007车型年及以后的重型柴油发动机排放标准(单位:g/bhp-hr)

NMHC

NOx

PM

0.14

0.20

0.01

其中,PM排放标准于2007车型年全面生效,NOx和NMHC标准则在2007至2010车型年期间按销售百分比规定逐步实施。具体而言,要求2007至2009车型年柴油发动机合规销售占比50%,到2010年达到100%(汽油发动机要求在2008车型年合规占比达到50%,2009车型年达到100%)。在2010年以前,NOx排放能够满足0.20 g/bhp-hr限值要求的发动机非常少见。在2007年时,大多数制造商会选择满足大约1.2-1.5 g/bhp-hr的发动机系族NOx排放限值(FEL),部分制造商的发动机NOx + NMHC认证排放甚至可高达2.5 g/bhp-hr。

除了FTP瞬态测试外,排放认证要求还包括:

  • SET测试,限值等于FTP限值;

  • 对于NOx 系族排放小于等于5 g/bhp-hr的发动机,其NTE测试限值为1.5 × FTP限值;对于NOx 系族排放大于1.5 g/bhp-hr的发动机,NTE测试限值为1.25 × FTP限值。

新标准保持了此前标准中对涡轮增压重型柴油发动机的曲轴箱排放控制豁免,但要求如果曲轴箱排放会释放到大气中,必须在所有测试中将其计入尾气排放。在这种情况下,曲轴箱排放的劣化问题也需要在尾气劣化系数中予以考虑。

重型奥托循环发动机和车辆排放标准于2008车型年起生效,标准如下:

表5. EPA 2008车型年及以后重型奥托循环车辆和发动机排放标准(单位:g/bhp-hr)

NOx

NMHC

CO

PM

0.20

0.14

14.4

0.01

 

柴油燃料管理法规

柴油燃料法规将道路发动机柴油燃料的硫含量限值设定在15 ppm(质量百分比),而此前的限值为500 ppm。硫含量限值采用了分阶段实施的方案,要求所有炼油商从2006年开始生产硫含量15 ppm的柴油燃料,并为炼油商提供了一个临时性合规选择方案,即允许他们在2009年以前继续生产硫含量500 ppm的燃料,但占比不得高于总产量的20%(体积百分比)。此外,允许不同区域的炼油商通过平均、储存、交易机制实现合规。

 

技术路径

为满足PM标准,发动机制造商通常会选择采用颗粒物捕集器(DPF);而在满足NOx标准方面,制造商采用冷却废弃再循环技术即可满足过渡标准,而并不需要采用EPA希望推行的NOx吸附装置,在2010车型年标准全面实施后,大多数制造商会选择采用选择催化还原(SCR)技术来满足NOx排放限值。

 

底盘认证选项

中型车辆可以选择进行整车认证,在底盘测功机上完成排放测试,而不选择进行发动机测试。整车标准旨在与相同尺寸范围内的发动机标准大致等效,具体标准如下:

表6. 对于车辆额定总质量在8500–10000磅的非中型乘用车(单位:g/mi)

NMHC

NOx

PM

HCHO

0.195

0.20

0.02

0.032

 

表7. 对于车辆额定总质量在10000–14000磅的车辆(单位:g/mi)

NMHC

NOx

PM

HCHO

0.230

0.40

0.02

0.040

 

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美国轻型车温室气体/燃油经济性标准
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概述
  • 适用范围:在美国销售的车辆额定总质量(GVWR)不超过10000磅的乘用车和非乘用车。

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历史

美国自20世纪70年代开始对轻型车的燃油经济性进行监管,于1975年首次发布了企业平均燃油经济性(CAFE)标准,在2009年对标准进行了扩展,纳入了2012-2016车型年温室气体(GHG)排放限值。燃油经济性和GHG标准均在联邦层面制定,由美国国家道路交通安全管理局(NHTSA)负责制定乘用车和轻型货车CAFE标准,美国环保局(EPA)负责制定燃油经济性测试规程和温室气体排放标准。

在1970年代,美国曾是建立制定车辆燃油经济性标准方面是全球先锋,但到了1980年代中期开始停滞不前。历史上,美国曾是全世界车辆保有量最大的汽车市场,且车辆重量方面也位居全球榜首,更重的车辆带来了相对较高的单位行驶里程二氧化碳排放率、较高的平均燃油消耗量以及较差的平均燃油经济性。除了标准停滞不前外,美国车辆构成方面的变化也导致燃油经济性改善进展缓慢。从80年代末到2000年代初,SUV车型在美国市场的份额迅速增长,这些车辆在功能上与大型乘用车相似,但在CAFE标准下被归类为轻卡,这一趋势导致1988至2004年间美国轻型车的燃油经济性下降了7%。

2003年,美国开始对轻型货车的燃油经济性标准进行更新,并于2005年生效。自2009年以来,美国开始积极推动轻型车能效标准的发展,使美国重新成为全球燃油能效和温室气体排放控制方面的先行者。

以下是美国在轻型车燃油经济性和温室气体排放监管方面的一些重要法规和管理节点:

1975年能源政策节约法案

美国在于1975年通过的《能源政策节约法》建立了全球首部乘用车和轻型货车企业平均燃油经济性(CAFE)标准。具体而言,对于乘用车,该标准旨在将燃油经济性从1974年的13.6 mpg(即每加仑汽油可行驶的英里数)提高至1985年的27.5 mpg。轻型货车的标准则由NHTSA负责另行设定。不过,该标准的目标是减少美国对进口石油的依赖,而非应对环境或公众健康问题。

1980年“高油耗车辆”税及随后的发展停滞期

为了进一步促进燃油能效,美国在1978年的《能源税法案》中提出了一项针对“高油耗车辆”的特别税收。自1980年起,未能达到最低燃油经济性要求(15 mpg)的乘用车将被征收“高油耗车辆税”;1991年,最低要求提高至22.5 mpg,并在随后二十多年内保持在这一水平。然而,值得注意的是,尽管轻卡、面包车和SUV也广泛被用作乘用车使用,但由于在1980年时这类车辆在消费者市场中的占比较低,因此未被纳入“高排放车辆税”的征收范围。

2005-2007车型年及2008-2011车型年的轻型货车CAFE标准修订

2003年,美国CAFE标准经历了三十年来的首次修订,由NHTSA发布了2005-2007车型年轻型货车CAFE标准,标准要求逐步提升燃油经济性,至2007车型年达到22.2 mpg。后续的2008-2011车型年标准则提出了更加严格的要求,扩大了标准覆盖的车辆类别,纳入了最重型的SUV,提高了对这些车辆的燃油能效要求,并将根据车辆足迹来设定合规指标,而在此之前,所有轻型货车均适用相同标准。

2012-2016车型年CAFE/GHG标准

由于二氧化碳在《清洁空气法案》下被认定为污染物,2010年美国首次在联邦层面同步制定温室气体排放和CAFE标准,这也是首次从联邦层面监管温室气体排放。温室气体排放的监管权限划归至EPA,NHTSA仍然负责CAFE标准。标准要求轻型车的平均温室气体排放从2009车型年的“337 克CO2当量/英里”降至2016车型年的“250 克CO2当量/英里”,减少26%。到2016年,燃油经济性可提高29%,从2009年的平均26.4 mpg提高到34.1 mpg。按车型年计算,平均温室气体排放每年减少4.2%,燃油经济性每年提高3.7%。

2017-2025车型年CAFE/GHG标准

在成功通过2012-2016车型年温室气体和燃油经济性标准后,奥巴马政府要求各机构继续努力制定下一阶段标准,2012年8月,EPA和NHTSA联合发布了2017至2025车型年温室气体排放和燃油经济性标准。标准要求轻型车的温室气体排放从2016车型年的“250 克CO2当量/英里”减少到2025车型年的“163 克CO2当量/英里”,减少35%。预计乘用车、轻型货车和SUV的综合燃油经济性将从2016车型年平均34.1 mpg提高至2025车型年的49.6 mpg,提升45%。这相当于平均温室气体排放每年减少4.6%,燃油经济性每年提高4.25%。

2021-2026车型年SAFE法规

“更安全、更经济的车辆燃油能效法规”(SAFE法规)于2020年3月发布,设定了2021-2026车型年的燃油经济性提升和减排要求。该法规将新生产乘用车每年的燃油经济性改善要求从此前的5%降退坡至1.5%,并预计到2026年电动汽车的市场份额基本没有增长,维持在2%的水平。通过放宽管理标准的严格性,NHTSA和EPA希望降低制造商的合规成本。然而,根据国际清洁交通委员会(ICCT)的研究发现,SAFE法规所谓的管理放宽并没有什么实质效果,制造商基本都能够满足放宽之前的标准要求,且此前标准的实际合规成本要比管理部门发布的合规成本低70%左右,单凭消费者的节油收益就可以超过合规成本带来的财务负担。

2024-2026车型年CAFE标准和2023-2026车型年GHG标准

在拜登政府“重建更优管理方案”的指导下,2021年12月30日,EPA发布了2023至2026车型年乘用车和轻型货车温室气体(GHG)排放标准。随后,2022年3月31日,NHTSA发布了2024-2026车型年乘用车和轻型货车CAFE标准。这些法规修订了SAFE法规的管理退坡,恢复了更贴合先前法规的管理要求。尽管EPA和NHTSA此次并未联合发布标准,且以不同推进速度来实现车队的整体改进,但从2026车型年节点来看,两项法规的政策严格性是大致相同的。

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技术标准:1978-2004车型年CAFE标准

NHTSA负责制定的CAFE标准于1978车型年首次发布,1978-2004车型年间乘用车和轻型货车的每加仑燃油行驶英里数(mpg)标准如下:

表1. 1978-2010车型年CAFE燃油经济性标准(mpg)

车型年

乘用车

轻型货车 综合

2驱车

4驱车

1978

18.0

/

/

/

1979

19.0

/

17.2

15.8

1980

20.0

/

16.0*

14.0*

1981

22.0

/

16.7

15.0

1982

24.0

17.5

18.0

16.0

1983

26.0

19.0

19.5

17.5

1984

27.0

20.0

20.3

18.5

1985

27.5

19.5

19.7

18.9

1986

26.0

20.0

20.5

19.5

1987

26.0

20.5

21.0

19.5

1989

26.5

20.5

21.5

19.0

1990

27.5

20.0

20.5

19.0

1991

27.5

20.2

20.7

19.1

1992

27.5

20.2

/

/

1993

27.5

20.4

/

/

1994

27.5

20.5

/

/

1995

27.5

20.6

/

/

1996-2004

27.5

20.7

/

/

*从1979年到1980年,轻型卡车的定义略有修订;车辆额定总质量限制(GVWR)从6000磅提高至8500磅。

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技术标准:2005-2007车型年轻型货车CAFE标准

在2003年5月,NHTSA发布了2005-2007车型年轻型货车CAFE标准,即对轻型货车的CAFE标准要求有所提高,乘用车标准保持不变。

表2. 2005-2007车型年CAFE标准(mpg)

车型年

乘用车

轻型货车综合

2005

27.5

21.0

2006

27.5

21.6

2007

27.5

22.2

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技术标准:2008-2011车型年轻型货车CAFE标准修订

本次轻型货车CAFE标准修订于2006年通过,于2011车型年开始生效。2008-2010车型年为过渡期,制造商可以选择遵守此前的CAFE标准或新修订的标准。

表3. 2008-2010车型年未修订的CAFE标准(mpg)

车型年

乘用车

轻型货车综合

2008

27.5

22.5

2009

27.5

23.1

2010

27.5

23.5

在修订后的CAFE标准下,每家制造商的CAFE目标值是基于车辆足迹(车轮间距与轴距的乘积)来确定的。每个车辆足迹值会被分配一个对应该足迹值目标。在判定合规性时,通过将制造商某车型年的车队平均燃油经济性与基于制造商实际生产情况和车辆产品类别计算出的燃油经济性目标值来进行比较。

每一车型年的燃油经济性目标值是基于车辆足迹和四个参数(a、b、c、d)来确定的,公式如下:

T = [1/a + (1/b – 1/a) e(x-c)/d/(1 + e(x-c)/d)]-1

其中:

  • T = 燃油经济性目标值(mpg)
  • a = 最大燃油经济性目标值(mpg)
  • b = 最小燃油经济性目标值(mpg)
  • c = a和b中间值所对应的足迹值(平方英尺)
  • d = 定义目标值从最大值下降到最小值的斜率调节参数(平方英尺)
  • e = 2.718
  • x = 车辆型号的对应足迹值(平方英尺)

表4. 确定CAFE目标的各项参数

参数

车型年

2008

2009

2010

2011

a

28.56

30.07

29.96

30.42

b

19.99

20.87

21.20

21.79

c

49.30

48.00

48.49

47.74

d

5.58

5.81

5.50

4.65

最后得到的CAFE目标曲线呈拉长的S形,燃油经济性目标随着车辆足迹的增加而从a下降到b。

此次修订后的CAFE标准还适用于车辆额定总质量高达10000磅的中型乘用车(MDPV),因此,该规定涵盖了几乎所有较大尺寸的乘用面包车和SUV,这些车辆此前并不在CAFE标准的管理范围内(箱式货车和皮卡的车辆额定总质量上限仍为8500磅)。按照美国交通部(DOT)的评估,在修订后的CAFE标准下,制造商2011车型年的轻型货车燃油经济性平均目标值为24.0 mpg。

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技术标准:2012-2016车型年CAFE/温室气体标准

2010年5月,EPA和NHTSA联合发布了适用于2012-2016车型年的乘用车和轻型货车管理法规,要求减少温室气体排放,并将到2016车型年的综合CAFE标准设定为34.1 mpg。结合车辆空调系统的改进和灵活燃料车辆的应用,预计燃油经济性将提升至相当于35.5 mpg(250克CO2当量/英里)的水平。

标准的关键要素:

  • 适用性:由EPA负责温室气体标准的实施,管理范围包括车辆额定总质量不超过8500磅的乘用车以及车辆额定总质量不超过10000磅的中型SUV和乘用面包车。

  • CO2排放测试:该测试规程将FTP测试规程与高速工况进行了结合,在结合工况下设定了CO2排放标准。

  • 其他GHG排放:对非二氧化碳的其他温室气体设定了额外的排放限值,包括针对汽车空调系统的氢氟碳化物(HFC)排放要求和单车氧化亚氮(N2O)及甲烷(CH4)排放限值。EPA在本标准下暂未考虑其他排放物的全球变暖影响(如黑碳)。

  • 严格性:按照标准要求,轻型车的温室气体平均排放水平应从2009年的“337 克CO2当量/英里”降低到2016年的“250克CO2当量/英里”,减排幅度为26%。到2016年,燃油经济性将提高29%,从2009年的平均26.4 mpg提升至34.1 mpg。相当于年均温室气体排放减少4.2%,燃油经济性年均提升3.7%。

  • 管理方案设计:该标准采用了基于车辆尺寸的限值方案,在车辆分类上遵循了当时NHTSA设定的燃油经济性标准框架。不同于此前联邦法规采用的S型约束逻辑线,该标准基于车辆足迹与测试工况温室气体排放率之间的“分段线性函数”,为乘用车和轻型货车设定了不同的标准限值。

由于温室气体排放和燃油经济性结果取决于销售的车辆组合,而以基于车辆足迹的排放限值体系意味着销售更多的小型车辆并不一定有助于制造商满足标准合规,因为小型车辆适用于较严格的CO2标准,而大型车辆的制造商则可适用较为宽松的CO2标准。与基于重量的标准不同,基于车辆足迹的标准体系旨在鼓励提高车辆能效,推动制造商在使用轻量化材料的同时保持车辆大小。汽车制造商最终将基于其不同尺寸车辆的销售组合情况来确定其车辆足迹标准。

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技术标准:2017-2025 车型年CAFE/GHG标准

2012年8月,EPA和NHTSA发布了2017-2025车型年轻型车温室气体(GHG)排放和燃油经济性标准联合法规,法规管理范围涵盖了乘用车、轻型货车和中型乘用车。在该标准下,通过燃油能效的改善,到2025年轻型车车队的平均CO2排放量将为每英里163克,相当于54.5 mpg(每百公里4.3升)。另外,减少空调系统泄漏和使用替代制冷剂还能额外带来一些温室气体减排收益,且这些汽车空调减排技术不会对车辆的燃油经济性产生影响。关于2017-2025车型年CAFE/GHG标准的更多分析,欢迎查阅ICCT相关政策更新简报

标准的关键要素

  • 温室气体减排:轻型车的平均温室气体排放率从2016年的“250克CO2当量/英里”降低至2025年的“163克CO2当量/英里”,减排幅度为35%。乘用车的燃油经济性预计将从2016年的平均34.1 mpg提高到2025年的49.6 mpg,改善幅度为45%。相当于平均温室气体排放逐年减少4.6%,燃油经济性提升4.25%。

  • 积分管理方案:为包括空调系统技术、灵活燃料汽车、工况循环外减排技术、电动汽车以及一些皮卡车辆上应用的特殊技术提供合规奖励积分。在这些积分中,只有汽车空调和工况循环外减排技术能够带来切实的污染减排,其他积分则是在实际上放宽了标准的严格度。

  • 管理方案设计:该标准遵循了2012-2016车型年标准的管理框架,基于不同的车辆尺寸或“足迹”值对乘用车和轻型货车进行管理。汽车制造商最终将基于其不同尺寸车辆的销售组合情况来确定其车辆足迹标准。 

  • 提升管理协同性:2022-2025车型年标准为所有乘用车和轻型货车设定了协同化的年度提升目标,CAFE年度提升率为4.7%,CO2减排率为5.0%。EPA和NHTSA在此前的标准中曾为轻型货车设定了较宽松的年提升要求,例如EPA为乘用车设定的年度CO2减排率为5%,而轻型货车则为3.5%;同样,NHTSA为乘用车设定的年度燃油经济性提升幅度为4.3%,而轻型货车则为2.9%。在轻型货车车队内部,对不同类别车辆的减排要求也有所倾斜,对尺寸较小的轻型货车的节能减排要求相对更为严格(但仍低于对乘用车的要求),而对较大型轻型货车的要求则相对宽松。在2016到2025车型年间,乘用车的年度燃油经济性增幅几乎平稳的保持在4.4%到4.5%之间,轻型货车的年度燃油经济性增幅则差异较为明显,提升幅度最大的是尺寸相对最小的车型(4.3%),随后是较大型的SUV(3.4%),提升幅度最小的是大型皮卡(2.2%)。

国际对标

美国标准中“250克CO2当量/英里”的限值目标相当于约“172 克CO₂当量/公里”(英里换算至公里并切换至新欧盟NEDC工况),2025车型年的“163克CO2当量/英里”相当于“107 克CO₂当量/公里”。需要注意的是,美国轻型车辆标准涵盖了乘用车和轻型货车,如果单独考虑乘用车,2025年的标准在调整为NEDC工况后相当于“91 克CO₂当量/公里”。

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技术标准:2024-2026 车型年CAFE标准/2023-2026车型年GHG标准

2021年12月,EPA发布了2023至2026车型年乘用车和轻型货车温室气体排放标准。随后,在2022年3月,NHTSA也发布了2024-2026车型年乘用车和轻型货车的CAFE标准。

在这套标准下,EPA建立了帮助制造商向更严格的排放标准过渡的机制,最终版2023-2026车型年温室气体标准中纳入了四项管理灵活机制,包括延长2017-2018车型年期间产生或储存的减排积分的有效期;针对2023-2024车型年的先进技术车辆提供减排积分倍数(有累积上限);针对2023-2024车型年的强混全尺寸皮卡提供减排积分激励;以及提高了工况循环外减排技术的积分上限。汽车空调系统减排积分的管理方法未做调整。

在CAFE标准中,NHTSA也提供了大部分 温室气体标准中提供的合规灵活性,但会存在一些细微的管理差异。制造商每超出CAFE目标值0.1 mpg都可以获得相应的积分。与EPA的管理规定相似,CAFE积分可在未来5年和过去3年范围内使用。NHTSA允许每家制造商车队最多使用2 mpg的积分,但不限制进行积分交易。此外,虽然该标准提供了积分灵活性,但对美国国内的乘用车提出了最低限值要求,具体而言,2024车型年标准为44.3 mpg,2025车型年为48.2 mpg,2026车型年为53.5 mpg。

尽管温室气体标准和CAFE标准是分别发布的,但其监管设计与此前的标准类似。两套标准主要有以下三处差异,这些差异导致了两套标准下的减排预期和燃油经济性提升预期有所不同:

  • CAFE标准未纳入空调制冷剂泄漏(直接排放)减排积分,因为其不影响燃料消耗水平。预计2024-2026车型年的空调直接排放平均为乘用车13.1到13.6 克/英里,轻型货车为15.1到16.1 克/英里。

  • 由于相关法规限制,NHTSA在最终的合规计算中剔除了先进技术积分倍数激励,因此该激励仅适用于EPA合规计算中的2023-2024年车型。

  • 两个标准之间的最后一项差异是EPA和NHTSA对未来纯电动汽车(BEV)和插电式混合动力汽车(PHEV)市场渗透率的不同预期。NHTSA的评估分析未纳入2024-2026车型年期间新应用的替代燃料汽车(包括纯电动汽车),因此NHTSA最终法规下的BEV和PHEV市场渗透率估值要低于EPA的估值(见下表)。

表4. 表EPA和NHTSA标准法规下的BEV和PHEV市场渗透率估值

车队

车辆类型

EPA估值

NHTSA估值

2023

2024

2025

2026

2024

2025

2026

乘用车

PHEV

10%

12%

16%

17%

2%

2%

4%

BEV

8%

9%

9%

轻型货车

PHEV

5%

9%

11%

17%

2%

3%

3%

BEV

2%

3%

3%

车队整体

PHEV

7%

10%

14%

17%

1%

2%

3%

BEV

5%

6%

6%

下表展示了基于车辆预计产量评估出的车队二氧化碳当量排放和燃油经济性合规目标值。每个表中斜体字的机构名称表示对该法规具有管理权限的部门,而非斜体字的机构名称则表示其等效估值。如果将空调直接排放减排积分纳入NHTSA的合规计算,两套标准的减排结果会大体趋于一致。

表5. 温室气体排放目标估值(g/mile)

车队

EPA

NHTSA

2023

2024

2025

2026

2023

2024

2025

2026

乘用车

166

158

149

132

197

181

166

150

轻型卡车

234

222

207

187

274

253

233

210

整体车队

202

192

179

161

238

219

201

181

表6. CAFE平均值目标估值(mpg)

车队

EPA

NHTSA

2023

2024

2025

2026

2023

2024

2025

2026

乘用车

54

56

60

67

45.2

49.2

53.4

59.4

轻型卡车

38

40

43

48

32.4

35.1

38.2

42.4

整体车队

44

46

50

55

37.4

40.6

44.2

49.1

在本标准下,EPA预测轻型车温室气体排放将从2023车型年的“202 克CO₂当量/公里”降至2026车型年的“161 克CO₂当量/公里”,减排幅度达到20%。温室气体标准将使2023至2026车型年的汽车和轻型货车温室气体平均排放逐年减少5%至10%,具体的逐年降幅为:2023-2024车型年5.1%,2024-2025车型年6.6%,2025-2026车型年10.3%。预计乘用车、轻型货车和SUV的综合燃油经济性将从2023车型年的平均40.6 mpg提高至2026车型年的49.1 mpg,提升近21%。燃油经济性标准将使乘用车和轻型货车在2024-2025车型年期间以8%的速度提高燃油经济性,在2025-2026车型年期间的提高幅度为10%。

 

标准的关键要素:

  • 温室气体减排 :轻型车车队的平均温室气体排放率从2022车型年的“224克CO₂当量/公里”减少到2023车型年的“202 克CO₂当量/公里”。2026车型年的目标为“161 克CO₂当量/公里”,较SAFE标准下2022车型年排放水平减少28%。

  • 燃油经济性改善 : NHTSA将CAFE目标从2022车型年(SAFE标准)的9 mpg提高至2024车型年的40.6 mpg,目标是到2026车型年实现49.1 mpg,比SAFE标准下的2022车型年水平提高了23%。

  • 管理方案设计 : 该标准与先前的标准管理架构保持了一致,基于车辆足迹,对乘用车和轻型货车分别采用不同的数值标准。由于标准设定是基于未来年份车辆销售构成和车辆足迹,因此该标准的确切温室气体和燃油经济性改善效果在某种程度上是未知的。汽车制造商将根据其乘用车和轻型货车不同车辆尺寸的销售组合,最终获得基于车辆足迹的标准目标值。

  • 积分管理方案: 与2017-2025车型年标准类似,此套标准也为应用空调系统技术、非工况循环减排技术、推广纯电动汽车/燃料电池汽车/插电式混合动力汽车、以及先进皮卡技术提供减排积分激励。2023-2026车型年标准基本保持了2017-2025车型年标准中的四项灵活性机制,做出的调整包括:(1)对 2017–2018 车型年产生或储存的积分提供为期1年的使用延长期;对 2023–2024 车型年的先进技术车辆提供倍数积分奖励,但设有累计上限;对 2023–2024 车型年的全尺寸皮卡,若为强混合动力或具备类似性能的车型,可基于车辆性能给予奖励积分;将非标准工况循环积分的年平均上限从原来的 10 克/英里提高到 15 克/英里(乘用车与轻型货车车队合计平均值);空调系统积分机制保持不变。

  • 提升管理协同性:2023–2026车型年温室气体标准与2024–2026车型年CAFE标准为所有乘用车和轻型货车设定了一致的提升路径,要求在2023至2026车型年期间,年度温室气体排放减少5%至10%,具体为:2023–2024车型年减少1%;2024–2025车型年减少 6.6%;2025–2026车型年减少 10.3%。在燃油经济性方面,标准要求2024–2025车型年,乘用车与轻型货车的燃油经济性提高 8%;2025–2026车型年提高幅度为 10%。

 

国际对标

这一轮温室气体和燃油经济性标准使美国重新回到了标准严格度的正轨。EPA的2026年合规排放目标为“161 克CO₂当量/公里”,相当于“95克CO₂当量/公里”,而NHTSA的目标为49.1 mpg,相当于21 公里/升。

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合规与监管

下表展示了自2000年以来,美国市场乘用车、轻型货车以及二者总体达成的CAFE数据(以mpg和升/百公里为单位)。

表7. 自2000年以来美国市场乘用车、轻型货车以及二者总体达成的CAFE数据(以mpg和升/百公里为单位)

车型年

美国本土乘用车

进口乘用车

轻型货车

车队整体

mpg

升/百公里

mpg

升/百公里

mpg

升/百公里

mpg

升/百公里

2004

29.9

7.87

28.7

8.20

21.5

10.94

24.6

9.52

2005

30.5

7.71

29.9

7.87

22.1

10.64

25.4

10.64

2006

30.3

7.76

29.7

7.92

22.5

10.45

25.8

10.45

2007

30.6

7.69

32.2

7.30

23.1

10.18

26.6

10.18

2008

31.2

7.54

31.8

7.40

23.6

9.96

27.1

9.97

2009

32.1

7.33

33.8

6.96

24.8

9.48

29

9.48

2010

33.1

7.11

35.2

6.68

25.2

9.33

29.3

9.33

2011

32.7

7.19

33.7

6.98

24.7

9.52

29

9.52

2012

34.8

6.76

36

6.53

25.0

9.41

30.8

9.41

2013

36.1

6.52

36.8

6.39

25.7

9.15

31.6

9.15

2014

36.3

6.48

36.9

6.37

26.5

8.87

31.7

8.88

2015

37.2

6.32

37.3

6.31

27.3

8.61

32.2

8.62

2016

37.3

6.31

38.1

6.17

27.4

8.58

32.3

8.58

2017

39.2

6.00

39.7

5.92

28.6

8.22

33.4

8.22

如果制造商的车队未能达到CAFE标准,将面临民事罚款。罚款金额为:每低于目标值 0.1 英里/加仑(mpg),按每辆车 5.50 美元计算,乘以该车型年的生产总量。在1983至2004车型年期间,各制造商共支付了超过 6.18亿美元的罚款。其中,大多数欧洲制造商会定期支付CAFE罚款,金额从每年不到100万美元到每年超过2700万美元不等,亚洲和美国制造商则从未支付过任何CAFE罚款。

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测试

CAFE燃油经济性测试是在联邦测试规程(FTP-75)基础上,结合高速公路工况循环(Highway Cycle)加权得出的。CAFE认证通常依据制造商提供的燃油经济性数据完成。在某些情况下,EPA会在位于密歇根州安娜堡的实验室开展测试。需要注意的是:CAFE燃油经济性数值与EPA/美国能源部(DOE)发布在《燃油经济性指南》(Fuel Economy Guide)报告和新车标签上的数据可能存在显著差异。

EPA有两套燃油经济性数值:一套是未经调整的底盘测功机测试值,等同于NHTSA的CAFE数值;另一套是EPA调整后的实际道路行驶值(on-road values)。其中,未调整值是基于碳平衡方程,通过底盘测功机测试得出的,这套数值可直接用于NHTSA的CAFE合规判断。从2008年起,为了更好地反映实际行驶情况,EPA引入了补充测试循环(仅用于计算调整后数值的),包括US06高速行驶工况和SC03空调系统使用工况。

CAFE值(用于判定制造商是否符合平均燃油经济性标准)普遍显著高于EPA调整后的实际道路值。此外,关于CAFE值还需注意以下几点:

  • 2011车型年之前的CAFE标准不适用于额定总质量超过8500磅的车辆,很多皮卡都属于这一类别,这部分车辆无论此前还是现在都不属于CAFE数据核算范围,但一些大型SUV和乘用面包车(车辆额定总质量在8500–10000磅之间)则会被纳入统计。

  • 替代燃料车辆可获得CAFE积分,替代燃料车的CAFE值为车辆的实际燃油经济性除以15。例如,一辆15 mpg的天然气汽车可以被视为100 mpg的汽油车。对于双燃料汽车,此计算会依据替代燃料的预计使用比例进行加权。

  • 制造商超额达标可获得CAFE积分,积分可回溯使用至之前的三个连续车型年;或预留用于之后的三个连续车型年。

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数据收集与验证

与其他国家相比,美国的燃油经济性数据收集与验证系统高度发达。EPA对测试规程有非常详尽的规定。在美国的CAFE体系下,燃油经济性数据收集与验证的关键步骤包括:

  • 制造商需对其90%的车型配置进行测试,并将测试数据报告给EPA;

  • EPA对制造商上报的数据进行审查,判断其是否合理;

  • 除审查数据外,EPA还会对10–15%的车型进行一致性验证测试,通过对比自身测试结果与制造商数据,来确定该车型的燃油经济性;

  • 在制造商提交某车型年实际生产数据后,EPA将计算并验证其企业平均燃油经济性;

  • EPA有权确认制造商所设定的道路负载参数(road load),以确保该参数能准确反映车辆在实际使用中的载荷情况;

  • EPA还要求对在用车辆进行燃油经济性验证测试。

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美国重型车温室气体/燃油经济性标准
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概述

美国《中型和重型车温室气体排放及燃料消耗量标准》分为两个阶段,其中一阶段标准适用于2014至2018车型年车辆总质量(GVW)大于等于8500磅的道路车辆,根据车辆类型的不同,要求车辆的二氧化碳(CO2)排放和燃料消耗量在2010年基准水平上减少6%-23%不等。二阶段标准适用于2018至2027车型年的重型车,在该标准下,预计重型皮卡和厢式货车的CO2和燃料消耗量将减少16%,作业车辆减少16%至19%,半挂牵引车则最高将减少30%。

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历史

NHTSA和EPA于2011年首次联合发布了《中型和重型车温室气体排放及燃料消耗量标准》,这是美国首次对中重型车辆的温室气体排放或燃油能效进行监管。

该标准有以下几项管理亮点:

  • 从多角度发力推动燃料消耗率最高的两类车辆(牵引车和皮卡)提高燃油能效;

  • 为发动机和车辆分别设定了排放标准;

  • 除了设定燃料消耗量限值外,还针对四种主要温室气体制定了排放标准。

在标准制定分工方面,EPA在美国《清洁空气法案》的授权下负责制定温室气体排放标准,而NHTSA则依据2007年《能源独立与安全法案》的授权负责制定燃油能效标准。EPA标准下的管理污染物包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)和氢氟碳化物(HFC),自2014车型年开始实施;NHTSA标准则是自2016车型年开始作为强制性标准实施。

总体而言,根据车辆类别、重量和使用特征的不同,标准要求到2017车型年,燃料消耗水平在2010年基础上减少6%至23%。标准将牵引车、皮卡/厢式货车、以及作业车辆分成三大类分别监管。此外,针对牵引车和作业车辆使用的发动机也有单独的一套管理方案。

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技术标准:适用范围和豁免

中重型车温室气体排放及燃料消耗量标准适用于车辆总质量(GVW)≥ 8500磅的道路车辆及其动力发动机,但不包括2012至2016车型年轻型车温室气体排放和企业平均燃油经济性(CAFE)标准所覆盖的车型。下表展示了标准对适用车型的CO2排放和燃料消耗量要求:

表1. 一阶段和二阶段标准下的CO2排放限值和燃料消耗量要求

 

一阶段

二阶段

标准议案发布时间

2010

2015

最终标准发布时间

2011

2016

标准开始实施时间

2014–2018

2018–2027

CO2和燃料消耗量

减少百分比

牵引车组合车

(Class 7和Class 8)

9%–23%

12%–27%

挂车

3%–9%

作业车辆

(Class 2b-8 )

5%–9%

10%–24%

商用皮卡和厢式货车

(Class 2b和Class  3 )

10%–15%

16%

发动机

5%–6%

0%–5%

标准管理范围内的部分车辆兼具载客和从事货物或设备运输的功能。为此,标准采用了两套度量指标:

  1. 作业车辆和牵引车组合车以“克CO2/吨-英里”以及“燃油消耗量(加仑)/千吨-英里”为度量单位;

  2. 皮卡/厢式货车以“克CO2/英里”以及“燃油消耗量(加仑)/百英里”为度量单位。

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技术标准:二氧化碳及燃料消耗量标准

EPA和NHTSA为在制定联合标准时,将车辆划分为牵引车组合车、重型皮卡/厢式货车和作业车辆三大类进行管理。

 

牵引车组合车

根据重量级别、驾驶室类型和车顶高度三个属性,将牵引车组合车划分为九个子类别,对应制定了不同的标准。以下是一阶段和二阶段标准对不同级别牵引车组合车的要求,其中二阶段标准下增加了针对车辆总质量(GVW)超过120000磅的Class 8级重载牵引车的要求。

表2. 一阶段和二阶段标准对牵引车组合车的要求

 

 

 

 

基准:一阶段 (2017年) a

二阶段 (2027年)

克CO2/吨-英里

加仑/千吨-英里  

克CO2/吨-英里

加仑/千吨-英里  

Class 7 牵引车

低顶

119.1

11.7

96.2

9.4

中顶

127.2

12.5

103.4

10.2

高顶

129.7

12.7

100.0

9.8

Class 8 牵引车

(日间行驶舱)

低顶

91.3

9.0

73.4

7.2

中顶

96.6

9.5

78.0

7.7

高顶

98.2

9.6

75.7

7.4

Class 8 牵引车

(卧铺行驶舱)

低顶

84.0

8.3

64.1

6.3

中顶

90.2

8.9

69.6

6.8

高顶

87.8

8.6

64.3

6.3

Class 8重载牵引车

低顶

-

-

48.3

4.7

a 二阶段的基准值与一阶段标准下有所不同,因为温室气体排放模型(GEM模型)在二阶段法规中进行了更新,以更好地反映实际使用状况和影响。

该标准还为2021、2024、2027及以后车型年定义了两套牵引车发动机标准,即发动机二氧化碳(CO2)排放及燃料消耗量标准。在牵引车组合车上使用的大型重型柴油发动机(HHD)和中型重型柴油发动机(MHD)必须要符合发动机标准。如果制造商在2020车型年能够提前一年满足2021车型年标准,则其2024至2026车型年标准可略有放宽,但仍需在2027车型年按时满足2027车型年标准。

表3. 牵引车发动机标准要求

类别

车型年

二氧化碳排放

(克/制动马力-小时)

燃料消耗

(加仑/百制动马力-小时)

MHD发动机

2017(基准)

481

4.78

2021

473

4.65

2024

461

4.53

2027

457

4.49

HHD发动机

2017(基准)

465

4.67

2021

447

4.39

2024

436

4.28

2027

432

4.24

 

重型皮卡和厢式货车

重型皮卡和厢式货车的CO2及燃油经济性标准与轻型车类似,但针对汽油和柴油车辆的标准有所不同。EPA建立了一套基于“车辆运行因素”的标准曲线,“车辆运行因素”结合了车辆的载重、牵引力和是否具备四轮驱动等参数。二阶段标准在2021到2027车型年期间将逐年提高严格程度,要求到2027车型年相比2017车型年基准水平实现CO2减排16%。此外,EPA还单独设定了控制汽车空调系统泄漏的标准。NHTSA设定的CAFE标准与EPA的温室气体标准是等效的,但并未纳入空调泄漏标准。

管理部门(EPA和NHTSA)为制造商提供了两套可供选择的实施方案。一种方案是在2014、2015、2016、2017和2018车型年,以15%、20%、40%、60%和100%的比例逐步满足标准法规要求;另一种方案则是在2014、2015、2016、2017、2018和2019车型年,以15%、20%、67%、67%、67%和100%的比例逐步满足施标准法规要求。

 

作业车辆

作业车辆被根据燃料类型(柴油或汽油)、重量级别(小型、中型和大型)以及运行工况(城市、多用途和跨区域)被划分为18个子类别来进行监管。与牵引车相似,以2021、2024和2027车型年为节点,对作业车辆设定了燃油能效和温室气体排放要求。

表4. 作业车辆燃油能效和温室气体排放要求

重量

运行

工况

2017车型年(基准)

2027车型年(最终)

克CO2/吨-英里

加仑/千吨英里

克CO2/吨-英里

加仑/千吨英里

柴油

汽油

柴油

汽油

柴油

汽油

柴油

汽油

小型重型(LHD, Class 2b-5)

城市

482

502

47.3

49.3

367

413

36.1

46.5

多用途

420

441

41.3

43.3

330

372

32.4

41.9

跨区域

334

357

32.8

35.1

291

319

28.6

35.9

中型重型(MHD,Class  6-7)

城市

332

354

32.6

34.8

258

297

25.3

33.4

多用途

294

314

28.9

30.8

235

268

23.1

30.2

跨区域

249

275

24.5

27.0

218

247

21.4

27.8

大型重型(HHD,Class  8)

城市

338

354

33.2

34.8

269

-

26.4

-

多用途

287

314

28.2

30.8

230

-

22.6

-

跨区域

220

275

21.6

27.0

189

-

18.6

-

下表展示了对小型重型(LHD)、中型重型(MHD)、大型重型(HHD)柴油发动机以及重型汽油发动机的标准要求(至2027车型年):

表5. 二阶段作业车辆发动机标准

类别

车型年

二氧化碳排放

(克/制动马力-小时)

燃料消耗

(加仑/百制动马力-小时)

轻型重型(LHD)

发动机

2017(基准)

576

5.66

2021-2023

563

5.53

2024-2026

555

5.45

2027

552

5.42

中型重型(MHD)

发动机

2017(基准)

558

5.48

2021-2023

545

5.35

2024-2026

538

5.28

2027

535

5.26

重型重型(HHD)

发动机

2017(基准)

525

5.16

2021-2023

513

5.04

2023-2026

506

4.97

2027

503

4.94

汽油发动机

2016 (到2027车型年无变化)

627

7.06

 

挂车

在二阶段标准中首次对Class 7和Class 8牵引车所拖挂的挂车也设定了燃油能效标准。不过,挂车标准的执行因法院下令暂停,目前相关法律挑战尚未解决。

具体管理方面,二阶段标准针对箱式挂车设定了一套空气动力技术分级系统,共分为I至VIII级,用于对新挂车进行认证。制造商随着时间推移需要逐步转型使用空气动力技术等级更高的挂车,合规技术包括低滚动阻轮胎、自动轮胎充气系统以及挂车减重技术等。下表展示了二阶段标准对挂车的管理要求(到2027车型年):

表6. 二阶段挂车二氧化碳排放及燃油能效标准

挂车类型

CO2标准

(克CO2/吨-英里)a

燃油经济性(mpg)

CO2减排百分比

参考

85-87 (长)

147-151 (短)

6.2-6.3(长)

6.7-6.9(短)

0%

长干货箱

77

7.0

9%

短干货箱

140

7.3

5%

长冷藏货箱

80

6.7

8%

短冷藏货箱

144

7.1

5%

部分气动设计长干货箱

79

6.8

7%

部分气动设计短干货箱

141

7.2

4%

部分气动设计长冷藏货箱

81

6.6

7%

部分气动设计短冷藏货箱

144

7.1

5%

非气动设计箱式挂车

-

-

3%- 4%

非箱式挂车

-

-

3%- 4%

注释:

a 假设有效载荷:20000磅(短车厢)和38000磅(长车厢);等效于NHTSA燃油消耗标准为每加仑柴油10180克CO2;假设挂车由标准牵引车进行牵引。

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测试

对牵引车和作业车辆的要求分为发动机标准和车辆标准。发动机制造商需要遵守发动机标准,测试工况循环要求如下:

  • 牵引车发动机在稳态补充排放工况(SET)下进行测试;

  • 作业车辆发动机在联邦测试工况(FTP)下进行瞬态测试;

  • 重型皮卡和厢式货车则在轻型车FTP和高速公路联邦经济性工况(HWFET)下进行测试。

车身底盘制造商需要遵守车辆标准。其中,牵引车和作业车辆的合规性是基于车辆模拟模型(即GEM温室气体排放模型)进行评估的,该模型由EPA在一阶段标准制定过程中开发,并在后续的标准更新和二阶段标准制定时进行了多次改进。由于车辆配置多样且重型车辆底盘测试设备稀缺,法规并未要求进行底盘测试,而是将测量车辆的各种特征参数输入GEM模型。这些参数体现了各类车辆采用的关键技术,包括发动机和变速箱的具体参数、空气动力学性能、车辆重量减轻、轮胎滚阻、减少怠速技术的使用情况以及车辆限速器的安装等。

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使用寿命周期

EPA规定发动机和车辆在整个使用寿命内需要满足CO2排放标准要求。一阶段标准对于发动机和车辆的使用寿命周期的规定与2004及之后车型年重型发动机污染物排放标准的规定相同。二阶段温室气体排放标准延长了对小型重型柴油发动机(LHDDE)的使用寿命周期要求,使用寿命周期通过行驶里程或使用年限计算,以先到者为准:

  • 小型重型柴油发动机(LHDDE)、商用皮卡及面包车:15万英里或5年;

  • 中型重型柴油发动机(MHDDE):18.5万英里或10年;

  • 大型重型柴油发动机(HHDDE):43.5万英里或10年。

 

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其他标准与规定

氧化亚氮(N2O)和甲烷(CH4)标准

N2O 和 CH4排放限值如下:

  • 发动机测试(牵引车和作业车辆):N2O = 0.10 克/制动马力-小时;CH4 = 0.10 克/制动马力-小时;

  • 底盘测试(皮卡和面包车,FTP-75 & HWFET):N2O = 0.05 克/英里;CH4 = 0.05 克/英里。

这些测试要求自2015车型年开始实施,且与轻型车的N2O和CH4管理要求相一致。该标准旨在将排放限制在当前水平,以防未来发动机产生的N2O和CH4排放量有所增加。

 

空调泄漏

EPA 在标准中要求确保重型皮卡、厢式货车和半挂牵引车的空调系统使用低泄漏组件。对于较大型的空调系统(制冷剂容量超过733克),标准以每年制冷剂泄漏总量的百分比计算;对于较小型的空调系统(制冷剂容量为733克或以下),标准以每年制冷剂泄漏量的克数计算。

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成本与收益

根据NHSTA和EPA的估计,通过实施中重型车温室气体排放及燃料消耗量标准,2014-2018年期间售出的车辆在其使用寿命周期内可避免超过10亿公吨的温室气体排放,并节省近20亿桶原油。

下表列出了标准实施的预计成本、收益和车辆回本周期。二阶段标准的回本周期比一阶段标准长一些,但仍在首任车主的平均持有周期内。

表7. 一阶段和二阶段标准的成本与收益

 

一阶段

二阶段

车辆技术成本a

牵引车组合车

(Class 7和Class 8)

$6,215

$12,300

挂车

/

$1,100

作业车辆

$378

$2,700

商用皮卡和厢式货车

(Class  2 和Class 3)

$1,048

$1,350

平均回本期b

牵引车组合车

(Class 7和Class 8)

1

2

作业车辆

1

4

商用皮卡和厢式货车

(Class  2 和Class 3)

2

3

能源与气候影响

到特定年份的温室气体减排量(百万公吨C02

76(到2030年)

108(到2050年)

139(到2040年)

167(到2050年)

到特定年份的燃料节省量

(十亿加仑/年)

6.0(到2030年)

8.7(到2050年)

10.2(到2040年)

12.3(到2050年)

法规涵盖范围下的车辆在使用寿命周期内的温室气体减排量

(百万公吨C02当量)

273

1,098

法规涵盖范围下的车辆在使用寿命周期内的燃料节省量

(十亿加仑)

22

82

货币化影响c

燃料节省(十亿)

$50

$169

其他收益(十亿)

$7

$88

总成本(十亿)

$8

$29

总收益成本比

7:1

8:1

注释:

  1. 对于牵引车和作业车辆,这些值包括与发动机相关的额外成本。
  2. 指购买使用相关技术后,累计燃料节省大于额外初始技术成本的年数。
  3. 基于3%的贴现率;“其他收益”包括健康收益和二氧化碳货币化收益。

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