了解 2020 年及以后排放法规的完整指南
2020 年 5 月 27 日
重型汽车制造业为减轻发动机使用对环境的负面影响而做出的集体努力已有近二十年的历史。各个国家和应用领域的法规不尽相同，让人难以消化。
以下是当前排放法规的完整指南，以及设计下一波改变世界的机器的人员所能期待的。
自 20 世纪 90 年代初二氧化碳排放成为热点问题以来，联邦和州政府一直与发动机和设备制造商合作，限制进入大气层的有害物质数量。欧洲于 1992 年首次通过了阶段性排放要求；美国的努力可以追溯到 1970 年的《清洁空气法案》。
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目前，美国和欧盟的大部分法规都可分为公路和非公路两类。
美国公路
根据 2010 年 5 月发布的总统备忘录，环境保护局和国家公路交通安全管理局于 2011 年 8 月通过了 2014-18 年中型和重型卡车的温室气体排放和燃油经济性标准。据环保局称，这些 “第一阶段 “规则预计将减少 2.7 亿吨二氧化碳排放，并为车主节省约 500 亿美元的燃油。
2016 年，美国环保署和美国国家公路交通安全管理局正式确定了第二阶段的标准，该阶段对 2027 年之前的车辆产生影响。环保局表示，这些更严格的标准旨在 “减少碳污染，从而降低气候变化的影响，同时加强能源安全并促进制造业创新”。
具体来说，它们预计将
- 减少约 11 亿公吨的二氧化碳排放量
- 为车主节省约 1700 亿美元的燃料成本
- 在该计划下销售的车辆的整个生命周期内，石油消耗量最多可减少 20 亿桶
完整的法规长达数百页，以下表格摘自 dieselnet.com 的法规概览。
重型卡车第二阶段法规
| 类别 | 美国环保署二氧化碳排放量（克/吨-英里） | NHTSA 油耗（加仑/1,000 吨-英里） | ||||
| 低屋顶 | 中屋顶 | 高屋顶 | 低屋顶 | 中屋顶 | 高屋顶 | |
| 日间驾驶室 7 级 | 96.2 | 103.4 | 100 | 9.4499 | 10.15717 | 9.82318 |
| 日间驾驶室 8 级 | 73.4 | 78 | 75.7 | 7.21022 | 7.66208 | 7.43615 |
| 8 级卧铺驾驶室 | 64.1 | 69.6 | 64.3 | 6.29666 | 6.83694 | 6.31631 |
| 重型运输 8 级 | 48.3 | 4.7446 | ||||
重型卡车发动机第二阶段法规
| 类别 | 年份 | 二氧化碳排放量（克/ bhp-hr） | 耗油量*（加仑/100 bhp-小时） |
| MHD 发动机 | 2014 | 502 | 4.93** |
| 2017 | 487 | 4.78 | |
| 2021 | 473 | 4.6464 | |
| 2024 | 461 | 4.5285 | |
| 2027 | 457 | 4.4892 | |
| HHD 发动机 | 2014 | 475 | 4.67** |
| 2017 | 460 | 4.52 | |
| 2021 | 447 | 4.391 | |
| 2024 | 436 | 4.2829 | |
| 2027 | 432 | 4.2436 |
* 相当于美国国家公路交通安全管理局的标准，基于每加仑柴油 10,180 克二氧化碳
** 2014 和 2015 年款为自愿标准。
职业用卡车第二阶段标准
| 类别 | 美国环保署二氧化碳排放量（克/吨-英里） | NHTSA 油耗（加仑/千吨-英里 | ||||
| 城市 | 多用途 | 地区 | 城市 | 多用途 | 地区 | |
| 装有 CI 发动机的车辆 | ||||||
| 轻型 重型 2b-5 级 | 367 | 330 | 291 | 36.0511 | 32.4165 | 28.5855 |
| 中型重型 6-7 级 | 258 | 235 | 218 | 25.3438 | 23.0845 | 21.4145 |
| 8 级重型 | 269 | 230 | 189 | 26.4244 | 22.5933 | 18.5658 |
| 装有 SI 发动机的车辆 | ||||||
| 轻型 重型 2b-5 级 | 413 | 372 | 319 | 46.4724 | 41.8589 | 35.8951 |
| 中型重型 6-7 级 | 297 | 268 | 247 | 33.4196 | 30.1564 | 27.7934 |
职业用卡车发动机第二阶段标准
| 类别 | 年份 | 二氧化碳排放量 | 耗油量* |
| 克/马力-小时 | 加仑/100 bhp-hr | ||
| LHD 发动机 | 2014 | 600 | 5.89** |
| 2017 | 576 | 5.66 | |
| 2021 | 563 | 5.5305 | |
| 2024 | 555 | 5.4519 | |
| 2027 | 552 | 5.4224 | |
| MHD 发动机 | 2014 | 600 | 5.89** |
| 2017 | 576 | 5.66 | |
| 2021 | 545 | 5.3536 | |
| 2024 | 538 | 5.2849 | |
| 2027 | 535 | 5.2554 | |
| HHD 发动机 | 2014 | 567 | 5.57** |
| 2017 | 555 | 5.45 | |
| 2021 | 513 | 5.0393 | |
| 2024 | 506 | 4.9705 | |
| 2027 | 503 | 4.9411 | |
| 高清汽油发动机 | 2016 | 627 | 7.06 |
* 美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）等效标准基于每加仑柴油 10,180 克二氧化碳
** 2014 和 2015 年款为自愿标准
欧盟公路
欧洲目前正处于道路车辆排放标准的第六阶段。最新一轮标准于 2012 年颁布，并于 2015 年开始全面实施。
据国际清洁交通理事会称，20 国集团国家的汽车销量占全球汽车销量的 90%，其中大多数国家都采用了欧洲的减排路线图。
以下是 ICCT 提供的欧盟最新规定（通常称为 “欧 VI”）：
重型车辆欧 VI 法规
| 污染物 | 稳态测试 | 瞬态测试 |
| 二氧化碳 | 1.5 | 4 |
| HC | 0.13 | 0.16** |
| Ch3* | 0.5 | |
| 诺克斯 | 0.4 | 0.46 |
| 下午 | 0.01 | 0.01 |
| PN (#/km) | 8.0 x 10 | 6.0 x 10 |
| 氨（ppm） | 0.01 | 0.01 |
| 燃料硫限制（ppm） | 10 | 10 |
| 测试周期 | WHSC | WHTC |
* 欧 V 仅适用于天然气，欧 VI 适用于天然气和液化石油气
** 总 HC 适用于柴油发动机，非甲烷 HC 适用于其他发动机
轻型汽车欧 VI 法规
| 污染物 | 汽油 | 柴油机 |
| 二氧化碳 | 1.0 | 0.5 |
| HC | 0.1* | |
| HC+NOX | 0.17 | |
| NOX | 0.06 | 0.08 |
| 下午 | 0.005** | 0.005 |
| PN (#/km) | 6.0×10*** | 6.0×10 |
* 和 0.068 g/km 的 NMHC
** 仅适用于 DI 发动机，使用 PMP 测量程序为 0.0045 g/km
*** 仅适用于 DI 发动机，在欧 6 生效日期的前三年内为 6 x 1012 #/km
美国 Off-Highway
排放合规不仅限于美国的街道和高速公路。自 2015 年起，美国的氮氧化物和颗粒物排放标准已进入第 4 级。
所有在美国生产的建筑、农业和工业设备都必须遵守这些法规，其目的是将颗粒物和氮氧化物的排放量减少 90%。
560 千瓦以下发动机的 Tier 4 排放标准
| 发动机功率 | 年份 | 二氧化碳 | NMHC | NMHC+NOx | 氮氧化物 | 下午 |
| 千瓦< 8 (马力< 11) | 2008 | 8.0 (6.0) | – | 7.5 (5.6) | – | 0.4* (0.3) |
| 8 ≤ kW< 19 (11 ≤ hp< 25) | 2008 | 6.6 (4.9) | – | 7.5 (5.6) | – | 0.4 (0.3) |
| 19 ≤ kW< 37 (25 ≤ hp< 50) | 2008 | 5.5 (4.1) | – | 7.5 (5.6) | – | 0.3 (0.22) |
| 2013 | 5.5 (4.1) | – | 4.7 (3.5) | – | 0.03 (0.022) | |
| 37 ≤ kW< 56 (50 ≤ hp< 75) | 2008 | 5.0 (3.7) | – | 4.7 (3.5) | – | 0.3** (0.22) |
| 2013 | 5.0 (3.7) | – | 4.7 (3.5) | – | 0.03 (0.022) | |
| 56 ≤ kW< 130 (75 ≤ hp< 175) | 2012-2014*** | 5.0 (3.7) | 0.19 (0.14) | – | 0.40 (0.30) | 0.02 (0.015) |
| 130 ≤ kW ≤ 560 (175 ≤ hp ≤ 750) | 2011-2014**** | 3.5 (2.6) | 0.19 (0.14) | – | 0.40 (0.30) | 0.02 (0.015) |
* 可手控启动、风冷、DI 发动机可在 2009 年之前获得 Tier 2 标准认证，并从 2010 年开始获得 0.6 g/kWh 的可选 PM 标准认证
** 0.4 g/kWh（Tier 2），如果制造商从 2012 年起遵守 0.03 g/kWh 标准
*** PM/CO：从 2012 年起完全达标；NOx/HC：选项 1（如果使用了银行 2 级信用额度）–50% 的发动机必须在 2012-2013 年达标；选项 2（如果没有申请 2 级信用额度）–25% 的发动机必须在 2012-2014 年达标，从 2014 年起完全达标。12.31
**** PM/CO：从 2011 年起完全达标；NOx/HC：50% 的发动机必须在 2011-2013 年达标。
Diesel Net 网站上列出了一些替代选择。美国环保局还列出了针对 560 千瓦以上发动机的具体规定。
560 千瓦以上发动机的 Tier 4 排放标准
| 类别 | 二氧化碳 | NMHC | 氮氧化物 | 下午 |
| 发电机组 | 3.5 (2.6) | 0.19 (0.14) | 0.67 (0.50) | 0.03 (0.022) |
| 除发电机组外的所有发动机 | 3.5 (2.6) | 0.19 (0.14) | 3.5 (2.6) | 0.04 (0.03) |
欧盟非公路用车
欧盟目前正处于非道路移动机械法规的第五阶段，计划于 2021 年全面实施。最新修改的重点是对颗粒物排放设定更严格的限制。
欧盟第五阶段排放限制
| 类别 | 点火类型 | 净功率（千瓦） | 日期 | 二氧化碳（克/千瓦时） | HC | 氮氧化物 | 下午 | PN (1/kWh) |
| NRE-v/c-1 | CI | P < 8 | 2019 | 8 | 7.50a,c | 0.40* | – | |
| NRE-v/c-2 | CI | 8 ≤ P < 19 | 2019 | 6.6 | 7.50a,c | 0.4 | – | |
| NRE-v/c-3 | CI | 19 ≤ P < 37 | 2019 | 5 | 4.70a,c | 0.015 | 1×1012 | |
| NRE-v/c-4 | CI | 37 ≤ P < 56 | 2019 | 5 | 4.70a,c | 0.015 | 1×1012 | |
| NRE-v/c-5 | 全部 | 56 ≤ P < 130 | 2020 | 5 | 0.19c | 0.4 | 0.015 | 1×1012 |
| NRE-v/c-6 | 全部 | 130 ≤ P ≤ 560 | 2019 | 3.5 | 0.19c | 0.4 | 0.015 | 1×1012 |
| NRE-v/c-7 | 全部 | P > 560 | 2019 | 3.5 | 0.19** | 3.5 | 0.045 | – |
| NRG-v/c-1 | 全部 | P > 560 | 2019 | 3.5 | 0.19*** | 0.67 | 0.035 | – |
在美国，加利福尼亚州获得了美国环保局的特别许可，可以制定自己的排放标准，部分原因是洛杉矶地区几十年来的严重污染。科罗拉多州、康涅狄格州、特拉华州、缅因州、马里兰州、马萨诸塞州、新泽西州、新墨西哥州、纽约州、俄勒冈州、宾夕法尼亚州、罗德岛州、佛蒙特州、华盛顿州和哥伦比亚特区都采用了加利福尼亚州的标准，该标准比环保局的标准更为严格。
理清头绪
这些数据和缩略语很多，但欧盟和美国环保署提供了工程师可以使用的工具，包括美国的温室气体排放模型 (GEM)和欧盟的车辆能耗计算工具 (VECTO )，以确保他们的特定应用符合规定。
两者都允许工程师提供发动机输入信息，并对排放水平进行预测。
那么，我们该何去何从？
法规的演变往往遵循一种模式。二十多年来，人口稠密的欧洲一直处于排放标准的最前沿。加利福尼亚州通常要晚几年，而美国则要晚几年。
其他制造业发达的国家，如中国和日本，也有自己不断发展的标准。随着经济日益全球化，主要制造商都在推动更多的统一；例如联合国的《巴黎协定》以及美国环保署和加州空气资源委员会关于在 2027 年前实施与加州现行法规类似的法规的协议。
全球 COVID-19 大流行以及为缓解大流行而采取的封锁措施导致 2020 年 1 月至 4 月间二氧化碳排放量下降了 17%。一些科学家预测，到今年年底，二氧化碳排放量将下降 4.4% 至 8%，这将是自第二次世界大战以来最大的年度降幅。
但随着运输业和全球经济的复苏，预计任何下滑都将是暂时的。
目前还不清楚的是，在病毒跨国家、跨大陆传播造成全球健康危机之后，企业会有多大意愿继续积极进行全球扩张。
与 COVID 的大多数情况一样，目前的预测也只能是猜测。
最近几个月，美国环保署表示将通过 “清洁卡车计划“进一步减少污染。与此同时，美国总统唐纳德-特朗普（Donald Trump）已经在汽车层面减少了一些排放，因此目前还不清楚未来将如何在扶持制造商和保护其生产的世界之间取得平衡。
实现这一目标的手段之一是电气化，但全面实现电气化可能还需要十多年的时间…………….
如今更紧迫的是另一种排放物：噪声污染。欧盟的《室外噪音指令》限制了非公路发动机的噪音分贝，尤其是在城市附近运行的建筑设备和农用拖拉机。
预计北美将在未来几年采取类似措施。