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1.3 SFTP NMOG NO_X的可行性

新的Tier 3排放要求包括严格的SFTP NMOG NO_X组合标准，通常只需要更多地关注发动机的燃料控制，努力实施汽油直喷（GDI）和涡轮增压发动机等新技术。此外，企业平均标准的性质，将允许可能超过所需企业平均数的机动车代替更多有挑战性的机动车。

为了评估50mg/mi NMOG NO_X国家企业平均SFTP组合标准的技术可行性，EPA分析了在用验证程序（IUVP）的数据。生产企业测试了不同车龄及里程的 IUVP机动车，并将结果报告EPA。接着分析Tier 2和LEV II机动车，这为当前联邦车队与加州LEV II车队的排放性能提供了基准。

1.3.1评估目前联邦车队的排放

为了研究可行性，我们得到并分析了2010和2011车型年的IUVP认证结果，这些年份代表了目前可获得完整IUVP数据集的最新车型年。这些数据包括组合FTP 材料、以及US06和SC03循环的结果。我们专注于碳氢化合物（HC）和NO_X的结果。对于FTP结果，HC代表非甲烷有机气体（NMOG）。US06和SC03结果代表NMHC NO_X。

第一步：我们按照车型和测试组（发动机族系）平均上述结果。在为每个测试组编辑三个周期的结果后，我们根据如下公式计算了每个发动机族系的SFTP综合估计值：

SFTP = 0.35 bull; (FTP_NOX FTP _NMOG.) 0.28 bull; US06 0.37 bull; SC03

第二步：根据标准水平和机动车类型，我们平均SFTP综合结果，重点依据Bins 2、3和5以及LEV-II LEV和SULEV标准认证的机动车。平均而言，我们将Bin 2和LEV-II/SULEV标准视为等效的，并据此合并其结果。表1-7给出了每个标准水平和机动车类型的组合测试组的数量。

表1-7：2010和2011车型年依据选择Tier-2和LEV-II标准认证的测试组数量

图1-3给出了Bin-5和LEV-II/LEV机动车的结果。显然，从LDV到LDT4的四个类型的机动车都通过了这些标准的认证。机动车类型从LDV约30mg/mi到LDT4约50mg/mi，这些平均值是适度的，但增大幅度不显著。然而，最大值之间的等值趋势并不明显。结果还表明，假设这两个标准之间的等效性是合理的。平均而言，在Bin-5水平符合认证的测试组，显然能够符合50mg/mi的目标水平，尽管其符合性裕量很小。然而，相对较少的车俩类型超过这个水平，范围超过100mg/mi。

此外，图1-4表明依据Bin-2和Bin-3标准认证测试组的结果。对于这些测试组，尽管极少数测试组认证为卡车，但机动车水平趋势并不明显。与Bin-5机动车相比，大多数在Bin-2和Bin-3水平认证的机动车远低于50mg/mi水平，最大值不低于该水平7%。

图1-3：依据Bin-5和LEV-II/LEV标准认证的测试组平均和最大组合SFTP HC NO_X结果

（条形和误差线分别表示测试组集合的平均值和最大值）

图1-3：依据Bin-2和Bin-3标准认证的测试组平均和最大组合SFTP HC NO_X结果

（条形和误差线分别表示测试组集合的平均值和最大值）

1.4 NMOG NOX控制的技术内容

存在大量技术选项，降低汽油火花点火和柴油机的NMOG和NO_X排放，使其低于目前Tier 2标准。可用的选项包括更改发动机标定、发动机设计、尾气系统和后处理系统，不同的可用选项具有特定的优点和限制。本节介绍从当前水平减排的技术挑战、可用于减排的技术、估计不同技术的潜在减排量、这些技术对发动机及其性能是否有其他辅助收益，并评估了每项技术的限制。除非另有说明，这些技术适用于本法规涵盖的所有汽油车。第1.4.2节介绍了独特的柴油技术。

1.4.1 NMOG NO_X控制技术挑战性总结

Tier 3排放标准要求，到2025年，汽车生产企业将现有Tier 2车队的NMOG和NO_X排放水平降低80%左右。FTP在冷启动、热启动和预热机动车城市行车过程中测量排放量。在FTP测试期间，测量的汽油车大部分NMOG和NO_X排放都是在冷启动阶段产生的，但是不能忽略在预热和高温运行期间的排放，必须加以限制，才能符合Tier 3标准。图1-1给出了冷启动NMOG和NO_X的排放情况，如图所示，约90%的NMOG排放产生在冷启动后的前50秒内。另外，在此50秒内，产生大约60%的NO_X排放，与在大约50秒后大部分控制的NMOG不同，在整个剩余FTP测试期间，NO_x排放趋于被释放出去，并且对燃料含硫量特别敏感。实现Tier 3 FTP NMOG NO_X排放标准可能要求生产企业降低冷启动NMOG和NO_X排放量，并在机动车预热过程中进一步降低NO_X排放。

Tier 3排放标准还要求，生产企业保持其在US06补充联邦测试程序（SFTP）运行期间测量的当前机动车高负荷NMOG NO_X排放性能。SFTP的US06组成部分旨在模拟机动车在预热工作过程中更高速度和加速率。如果发生富集事件，以降低高负荷运行期间的尾气温度，则在SFTP的US06组成部分产生大量NMOG和NO_X排放物。在US06期间，大多数机动车避免这些富集事件，并且实现相对低的NMOG NO_X排放。

预期生产企业将改变其尾气系统和催化剂系统的设计，以减少催化剂点火时间，并将预热和高温工作排放（特别是NO_X）减少到几乎为零，以实现Tier 3 FTP NMOG NO_X的标准（30mg/mi）。如在US06测试期间所看到的情况，设计更改以减少催化剂点火时间，也可以引起高载荷工作过程中更高的催化剂温度。为了实现SFTP NMOG NO_X Tier 3标准，生产企业将需要开发和实施技术，来管理高载荷工作过程中的催化剂温度，而不使用燃料富集。

此外，预期生产企业将通过技术手段减少温室气体排放中的NO_X排放量，同时还减少US06预热工作过程中 的NO_X排放量。

为了有效降低NMOG NOx排放，催化剂必须达到约250°C的点火温度。在催化剂预热阶段，减少发动机排放物，可以减少催化剂预热阶段的排放；缩短催化剂达到点火温度所需的时间，也可以减排。减少预热NO_X排放物，需要提高催化剂系统的效率，通常几乎不需要燃料中存在任何含硫污染物。

为了实现Tier 3 FTP NMOG NO_X排放标准，预期汽车生产企业将集中在三个方面来减排：

bull; 在催化剂达到点火温度之前。将发动机产生的排放降至最低；

bull; 减少催化剂达到点火温度所需的时间；

bull; 提高加热工作过程中催化剂的NO_X效率。

尤其对重型乘用车、轻型卡车（LDT3和LDT4类型）以及MDPV，预期需要改进所有这三个方面的技术。使用低含硫量燃料(比如：10ppm或者更低)依据Tier 2 Bin 4排放水平认证的机动车，在预热运行过程中的NO_X效率是这样的，以致预期冷启动过程减排主要是符合Tier 3 NMOG NO_X标准将要求的减排量。

重型卡车(GVWR：8,501-14,000磅)也将面临类似的挑战，以符合其Tier 3标准以及该车型的新SFTP要求。除了新的测试要求和更严格的标准外，这些机动车的使用寿命也从120,000英里延长到150,000英里。与轻型车不同，重型卡车常常在更高负荷下运行更长时间，因此，具有不同的约束条件，以符合新的要求和更严格的标准。

对于火花点火式发动机，由于较高热负荷引起的耐久性问题，这些机动车具有较高运行负荷，限制了将催化剂靠近气缸盖的能力，该限制将限制这些卡车快速点火催化剂的能力，然而，当机动车在高负荷下工作时，将允许其停止燃料富集工作，以维持催化剂温度。相比冷启动和怠速运行，在高负荷下的燃料富集事件中产生的排放量，可能的减排量要大得多。燃料富集导致标准污染物和二氧化碳排放率增大，同时也降低机动车的燃油经济性。为了负荷FTP NMOG NO_X排放标准，同时符合新的SFTP要求，对于火花点火发动机，预期重型车生产企业将关于以下四个方面：

bull; 在催化剂达到点火温度之前，减少发动机产生的排放物；

bull; 减少催化剂达到点火温度所需的时间；

bull; 提高加热工作期间催化剂的NO_X效率；

bull; 尽量减少燃料富集所花费的时间，以降低催化剂的工作温度。

压燃或柴油机具有机动车排放控制系统热目标和位置的限制。柴油机向催化剂、SCR和DPF供热具有类似的目标，这些排放控制系统可能因热能相互竞争，此外，SCR系统和DPF通常需要足够的容量或尺寸，来处理来自发动机的排放物，这可能限制将其定位在最佳位置的能力。

为了达到Tier 3 FTP NMOG NO_X排放标准，同时符合新的SFTP要求，对于压缩点火，预期重型车生产企业将关注于三个方面：

bull; 在催化剂和SCR系统达到适当的工作温度时，减少发动机产生的排放物；

bull; 减少催化剂和SCR系统达到适当工作温度所需的时间；

bull; 通过改进发动机排放控制和SCR策略，提高SCR在预热运行期间的NO_X效率。

1.4.1.1 减少催化剂点火前产生的发动机排放

在FTP的冷启动阶段的前50秒内，非混合动力机动车中，发动机处于怠速状态或者低速工作状态，发动机温度在20-30°C（68-86°F），在这样的温度和低负荷下，相比NMOG，温度较低的发动机产生更低浓度的NO_X，随着发动机升温与负荷增大，发动机产生的NO_X浓度增大，同时NMOG的浓度降低。

进气系统、燃烧室、火花塞和燃油喷射系统的设计决定了低温发动机中稳定燃烧所需的燃油量。优化这些部件的性能，可以减少在低温工作条件下稳定燃烧所需的燃油量，降低所需燃油量能够减少冷启动NMOG排放量。

降低冷启动排放的设计也取决于燃油喷射方法，进气道喷射（PFI）发动机与汽油缸内直喷发动机（GDI）火花点火发动机具有不同的设计限制。然而，对于PFI和GDI发动机，注意影响缸内空气/燃料混合物的细节，可以减少冷启动NMOG排放。

已经表明，通过减小燃料喷雾液滴的尺寸，并优化喷雾目标性，可以减少PFI发动机的冷起动NMOG排放。撞击在发动机气缸冷表面上的燃料不容易汽化，并且不会燃烧。改进喷射器目标性，以减少到达气缸壁的燃料量，能够减少生成可燃空气燃料混合物所需的燃料量。减小喷雾液滴的尺寸可促进燃料汽化以及产生可燃混合物⁶⁴。

修改喷嘴孔板以及增加燃油压力可以降低液滴尺寸。已经证明，在冷起动过程中，减小液滴尺寸并改善燃料蒸发，在FTP排放测试的冷启动阶段，可以将冷瞬态排放减少高达40%⁶⁵，与其他PFI喷油器技术改进一起用于优化目前符合CA LEV II SULEV标准机动车的冷启动性能。

对于混合气形成过程，DISI发动机与PFI发动机不同。在PFI发动机中，在发动机进气冲程，在进气流道内喷射燃料。随着燃料和空气进入气缸，燃油在进气冲程中及时蒸发。另外，随着发动机升温，燃料可以喷射到进气流道，同时发动机热量可以有助于在进气阀打开之前蒸发燃料。

相比PFI发动机，DISI发动机以燃油压力更高，将燃油直接喷入燃料室。在DISI发动机中，燃料液滴需要蒸发，在气缸中与空气混合，形

资料编号：[3707]