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排放标准

美国:非罗柴油发动机

背景

1-3标准。1994年,针对37kw (50 hp)以上的新型非公路(或非公路)柴油发动机的第一批联邦标准(Tier 1)被采用,并将在1996年至2000年期间逐步采用。1996年,EPA、加州ARB和发动机制造商(包括卡特彼勒、康明斯、迪尔、底特律柴油、道依兹、五十铃、小松、久保田、三菱、纳威斯达、新荷兰、威斯康和Yanmar)签署了有关非道路柴油发动机的原则声明(SOP)。1998年8月27日,EPA签署了反映SOP规定的最终规则[2787]。1998年1998年监管推出了37千瓦(50马力)的设备的第1层标准,并为2000年到2008年的逐步时间表的所有设备越来越严格的2级标准。第1-3层标准通过先进发动机实现设计,没有或仅限使用废气后处理(氧化催化剂)。NOx + HC的第3层标准符合2004年标准的严格性bob app下载但是,下午3级标准从未采用过。

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第4层标准。2004年5月11日,EPA签署了引入第4级排放标准的最终规定,该标准将在2008年至2015年期间逐步实施[2786]。第4层标准要求PM和NOx的排放进一步降低约90%。这种排放可以通过使用控制技术来实现 - 包括高级废气后处理 - 类似于2007-2010标准所需的bob app下载

非载入柴油燃料。在1-3级阶段,非道路柴油的含硫量不受环境法规的限制。石油工业的规格为0.5%(重量,最大值),在使用中的平均硫水平约为0.3% = 3,000 ppm。为了使硫敏感控制技术能够应用于四级发动机,如催化微粒过滤器和氮氧化物吸附剂,EPA要求降低非道路柴油的硫含量,如下:

  • 500 ppm 2007年6月的非浪,机车和海洋(NRLM)柴油燃料
  • 15 ppm(超低硫磺柴油)于2010年6月起为非罗克燃料,2012年6月为机车和海洋燃料

加利福尼亚州。在大多数情况下,联邦非道路法规也适用于加利福尼亚州,该州为新型非道路发动机设定排放标准的权力有限。1990年的联邦清洁空气法案修正案(CAA)剥夺了加州将新农场和建筑设备排放控制在175马力以下的权利[CAA部分209(e)(1)(a)]并要求加州获得联邦EPA的授权,以控制其他越野来源[CAA部分209(e)(2)(a)]

美国的非道路排放标准与欧洲在一定程度上是一致的nonroad排放标准

非罗柴油机的EPA排放标准在美国联邦法规守则中发表,标题40,第89部分。监管案文,事实表和相关文件可从EPA网站获得[2788]

适用性

Nonroad标准涵盖移动nonroad柴油发动机各种尺寸在各种建筑,农业和工业设备中使用。环保署的定义非浪涌发动机基于移动性/可移植性的原理,包括安装在(1)自推进设备上的发动机,(2)在在进行其功能的同时推进的设备,或(3)如所示通过车轮,滑块,携带手柄,多莉,拖车或平台[40 CFR 1068.30]。换句话说,非宽发动机都是机动车辆(公路)发动机,静止发动机(或保持在一个位置超过12个月的发动机),仅用于竞争的发动机,或飞机中使用的发动机。

2003年5月14日的生效,不罗发动机的定义改变为包括所有柴油动力发动机 - 包括在加利福尼亚州的农业业务中使用的固定式。这种变化仅适用于加利福尼亚州销售的引擎;在其他州销售的固定式发动机并未被归类为非载销引擎。

Nonroad Diesel排放法规不适用于所有非载体柴油发动机。豁免是以下的非浪商发动机类别:

  • 铁路使用的发动机机车;那些受到单独的环保署规定。
  • 发动机使用mar船只,也由单独的EPA规定涵盖。37 kW以下的海洋发动机(50 HP)须达到1-2级 - 但不是一级4-Nonroad标准。豁免海洋标准的某些海洋发动机可能会受到非途规定。
  • 在地下使用的发动机矿业设备。矿山柴油排放和空气质量受到矿山安全和健康管理局(MSHA)的管制。
  • 爱好引擎(低于50厘米3.每个气缸)

受监管应用的例子包括农用拖拉机,挖掘机,推土机,轮式装载机,反铲装载机,道路平地机,柴油草坪拖拉机,测井设备,便携式发电机,滑动装载机或叉车。

1998年的规则引入了压缩点火(柴油)发动机的新定义,与公路发动机的定义一致。该定义的重点是发动机循环,而不是点火机制,以节气门的存在作为一个指标,以区分柴油循环和奥托循环操作。通过控制燃料供应代替油门来调节功率,这与稀薄燃烧和柴油循环操作相一致。这种语言允许一种可能性,天然气燃料发动机配备一个火花塞被认为是一个压缩点火发动机。

1-3级排放标准

1998年的非加入发动机规定被构建为3分层的进展。每个层涉及多年来逐步(按马力评级)。第1层标准从1996年到2000年分阶段。从2001年到2006年开始,更严格的第2层标准生效,而且从2006年到2008年的第3层三级标准阶段更加严格的三层标准(第3层标准仅适用于37-560 kW)。

表1中列出了1-3级排放标准1. Nonro还规则使用单位公制系统,具有每千瓦时克兰克斯污染物的调节限制。

表格1
EPA Tier 1-3 Nonroad Diesel发动机排放标准,G / KWH(G / BHP·HR)
发动机功率 t CO. HC. nmhc + nox 诺克斯 下午
kw <8
(HP <11)
1 2000年 8.0(6.0) - 10.5(7.8) - 1.0(0.75)
2级 2005年 8.0(6.0) - 7.5(5.6) - 0.8(0.6)
8≤kw<19
(11≤HP < 25)
1 2000年 6.6(4.9) - 9.5(7.1) - 0.8(0.6)
2级 2005年 6.6(4.9) - 7.5(5.6) - 0.8(0.6)
19≤kw<37
(25≤HP<50)
1 1999年 5.5(4.1) - 9.5(7.1) - 0.8(0.6)
2级 2004年 5.5(4.1) - 7.5(5.6) - 0.6(0.45)
37≤kw<75
(50≤HP<100)
1 1998年 - - - 9.2(6.9) -
2级 2004年 5.0(3.7) - 7.5(5.6) - 0.4(0.3)
3. 2008年 5.0(3.7) - 4.7 (3.5) - - __
75≤kw<130
(100≤HP<175)
1 1997年 - - - 9.2(6.9) -
2级 2003年 5.0(3.7) - 6.6(4.9) - 0.3(0.22)
3. 2007年 5.0(3.7) - 4.0(3.0) - - __
130≤kw<225
(175≤HP < 300)
1 1996年 11.4(8.5) 1.3(1.0) - 9.2(6.9) 0.54(0.4)
2级 2003年 3.5(2.6) - 6.6(4.9) - 0.2 (0.15)
3. 2006年 3.5(2.6) - 4.0(3.0) - - __
225≤kw<450
(300≤HP<600)
1 1996年 11.4(8.5) 1.3(1.0) - 9.2(6.9) 0.54(0.4)
2级 2001年 3.5(2.6) - 6.4(4.8) - 0.2 (0.15)
3. 2006年 3.5(2.6) - 4.0(3.0) - - __
450≤kw<560
(600≤HP < 750)
1 1996年 11.4(8.5) 1.3(1.0) - 9.2(6.9) 0.54(0.4)
2级 2002年 3.5(2.6) - 6.4(4.8) - 0.2 (0.15)
3. 2006年 3.5(2.6) - 4.0(3.0) - - __
kw≥560.
(HP≥750)
1 2000年 11.4(8.5) 1.3(1.0) - 9.2(6.9) 0.54(0.4)
2级 2006年 3.5(2.6) - 6.4(4.8) - 0.2 (0.15)
†未采用,发动机必须符合第2层PM标准。

1998年签署的制造商bob app下载通过EPA可能需要一年提前一年的第3层标准(即2005年)。

表2中列出了制造商可以使用的自愿,更严格的排放标准来赚取“蓝天系列”发动机(适用于第1-3级认证)。

表2.
EPA非道路用柴油机自愿性排放标准g/kWh (g/bhp·hr)
额定功率(kW) nmhc + nox 下午
kw <8 4.6 (3.4) 0.48(0.36)
8≤kw<19 4.5(3.4) 0.48(0.36)
19≤kW <37 4.5(3.4) 0.36(0.27)
37≤kw<75 4.7 (3.5) 0.24(0.18)
75≤kW <130 4.0(3.0) 0.18(0.13)
130≤kw<560 4.0(3.0) 0.12(0.09)
kw≥560. 3.8(2.8) 0.12(0.09)

所有尺寸的发动机必须分别满足加速/凸耳/峰值模式下的20/15/50%不透明度的烟雾标准。

条例还包括若干其他规定,例如排放信用的平均、银行和交易以及排放平均的最高“家庭排放限额”。

第4层排放标准

从2008年到2015年的第4层排放标准 - 逐步缩放 - 引入NOx的大量减少(对于56千瓦以上的发动机)和PM(高于19 kW),以及更严格的HC限制。CO排放限制与第2-3级阶段保持不变。

发动机高达560千瓦。表3列出了最多560千瓦的发动机的第4层排放标准。

表3
4级排放标准 - 发动机高达560 kW,g / kWh(g / bhp-hr)
发动机功率 CO. NMHC NMHC + No.X 没有X 下午
kw <8
(HP <11)
2008年 8.0(6.0) - 7.5(5.6) - 0.4一种(0.3)
8≤kw<19
(11≤HP < 25)
2008年 6.6(4.9) - 7.5(5.6) - 0.4(0.3)
19≤kw<37
(25≤HP<50)
2008年 5.5(4.1) - 7.5(5.6) - 0.3(0.22)
2013年 5.5(4.1) - 4.7 (3.5) - 0.03(0.022)
37≤kw<56
(50≤HP < 75)
2008年 5.0(3.7) - 4.7 (3.5) - 0.3B.(0.22)
2013年 5.0(3.7) - 4.7 (3.5) - 0.03(0.022)
56≤kw<130
(75≤HP<175)
2012-2014C 5.0(3.7) 0.19(0.14) - 0.40(0.30) 0.02(0.015)
130≤kw≤560
(175≤HP≤750)
2011 - 2014D. 3.5(2.6) 0.19(0.14) - 0.40(0.30) 0.02(0.015)
a - 可动手可行,风冷的,DI发动机可通过2009年通过Tier 2标准进行认证,并在2010年开始为0.6克/千瓦时的可选PM标准
b - 0.4 g/kWh (Tier 2)如果制造商符合2012年开始的0.03 g/kWh标准
C - PM / CO:2012年完全合规;NOx / HC:选项1(如果使用的银行二级学分)-50%引擎必须在2012 - 2013年遵守;备选案文2(如果没有索赔金额索赔)-25%引擎必须在2012 - 2014年遵守2014 - 2014年,从2014年至2014年完全遵守
D - PM / CO:从2011年完全合规;NOx / HC:50%发动机必须在2011-2013遵守

在额定功率56- 560kw的发动机中,氮氧化物和HC标准将在几年内逐步实施,如表3的注释所示。初始标准(PM符合性)有时被称为“过渡性Tier 4”(或“Tier 4i”)、“过渡性Tier 4”或“Tier 4a”,而最终标准(NOx/HC符合性)有时被称为“Tier 4 B”。

作为引入所需的第4层兼容发动机百分比的替代方案,制造商可以将所有发动机认证到替代Nox限制在阶段期间的每个模型年份。这些替代NOx标准是:

  • 发动机56-130 kW:
    • 选项1:nox = 2.3 g / kwh = 1.7 g / bhp-hr(用于符合符合的第2层学分,我的2012-2013)
    • 选项2:nox = 3.4 g / kwh = 2.5 g / bhp-hr(没有索赔索赔,我的2012-2014)
  • 发动机130-560 kW:nox = 2.0 g / kwh = 1.5 g / bhp-hr(我的2011-2013)

560kw以上发动机560kw以上发动机的Tier 4排放标准见表4。2011年的标准有时被称为“过渡性Tier 4”,而2015年的限制是最终的Tier 4标准。

表4.
第4层排放标准 - 发动机超过560 kW,g / kwh(g / bhp-hr)
类别 CO. NMHC 没有X 下午
2011年 发电机套> 900 kW 3.5(2.6) 0.40(0.30) 0.67(0.50) 0.10(0.075)
所有发动机,除了发电机组> 900千瓦 3.5(2.6) 0.40(0.30) 3.5(2.6) 0.10(0.075)
2015年 发电机组 3.5(2.6) 0.19(0.14) 0.67(0.50) 0.03(0.022)
除了没有老茧之外的所有发动机 3.5(2.6) 0.19(0.14) 3.5(2.6) 0.04 (0.03)

其他规定。第4层监管及后续修订包括许多其他规定:

  • 烟不透明度现有的2-3级烟雾不透明度标准和程序继续适用于某些引擎。经认证符合0.07克/千瓦时或以下PM排放标准的发动机可获豁免烟尘排放标准(因为如此低PM水平的发动机本身烟尘排放较低)。
  • 曲轴箱通风- 第4层调节不需要在非宽发动机中闭合曲轴箱通风。然而,在具有开放式曲轴箱的发动机中,必须测量曲轴箱排放并在评估合规性时添加到废气排放中。
  • def refill间隔- 对于SCR设备的非载体柴油发动机,最小def(尿素溶液)的补充间隔被定义为至少与车辆的燃料容量一样长(以发动机小时计)[3408]
  • 氨排放当氨氨排放是不受管制的,EPA建议氨拆宽在适用的测试周期中的平均值低于10 ppm[3693]
  • 应急操作为了方便某些非道路发动机在临时紧急情况下的使用,发动机可以配备一个AECD覆盖与发射控制系统相关的性能诱导 - 例如,在紧急情况下允许在SCR系统中没有UREA的发动机操作[3408]。这种灵活性主要用于建筑设备中的发动机和临时发电和防洪的便携式设备。
  • ABT计划-与早期的标准相似,第4层的规定包括排放信用的平均、银行和交易,以及排放平均的FEL限制。

测试周期和燃料

在稳态测试周期上测量非途发动机排放,相当于ISO 8178.C1,8模式稳态测试周期。其他ISO 8178测试周期被允许进行选定的应用,例如恒速发动机(D2 5模式周期),可变速度发动机,额定值(G2周期)和海洋发动机(E3循环)。

瞬态测试。必须在稳态测试和稳态测试中满足第4层标准nonroad瞬态周期,NRTC。瞬态测试要求于2013年开始于2012年低于56千瓦,2012年56-130千瓦,我2011年为130-560千瓦发动机。在瞬态测试上没有测试560 kW以上的发动机。任何功率类别的恒定速度,可变速度的可变载引擎不受瞬态测试。NRTC协议包括冷启动测试。冷启动排放量为5%,在计算最终结果时,热开始排放量为95%。

第4层非载射引擎还必须满足不超过标准(NTE),而不引用任何特定的测试计划。NTE标准在2011年以上130 kW以上的发动机生效;2012年为56-130千瓦;在2013年,对于低于56千瓦的发动机。在大多数发动机中,NTE限制设定为每个污染物的常规标准的1.25倍。在发动机中,在低于2.5克/千瓦时的NOx标准或PM标准下调低于0.07克/千瓦时,NTE乘数是1.5。NTE标准适用于认证时的发动机,以及在整个发动机的使用寿命中使用。增加的测试要求的目的是防止通过电子发动机控制“击败”测试周期的可能性。

认证燃料。硫含量不大于0.2 wt% (2000 ppm)的燃料用于1-3级发动机的认证测试。从2011年开始,所有4级发动机都将使用含硫量为7- 15ppm的燃料进行测试。从2000 ppm S规范到7- 15ppm规范的转变发生在2006-2010年期间(见认证柴油燃料)。

1998年规则引入了从测量总碳氢化合物中的碳氢化合物(NMHC)的变化。由于没有标准化的EPA方法来测量柴油发动机排气中的甲烷,因此制造商可以使用自己的程序来分析非甲烷烃或测量总烃并从测量的烃质量中减去2%以校正甲烷。

环境效益和成本

1998年监管

在签署1998年的规则时,美国环境保护署估计到2010年不会有任何问题X每年排放量减少约一百万吨,相当于在路上采取3500万乘用车。

满足排放标准的成本预计将增加1%的典型新的非载体柴油设备的购买价格,尽管对于某些设备,标准可能导致价格上涨2-3%。该计划预计每吨每吨600美元X减少。

监管层4

当较旧的Nonroad发动机的全部清单被Tier 4发动机取代时,每年减排估计为738,000吨NOX和129,000吨PM。到2030年,由于实施拟议标准,每年将每年预防12,000人死亡。

绝大多数设备的增加排放控制的估计成本估计为1-3%,作为设备总价格的一小部分。例如,对于175 HP推土机,费用约为230,000美元,可以增加高级排放控制和设计推土机以容纳改进的发动机的价格高达6,900美元。

EPA估计,15 PPM S燃料的平均成本增加将是每加仑7美分。由于低硫柴油由于低硫柴油,该数字将通过预期节省维持成本降至4美分。