米国環境保護庁(EPA)が制定した排出基準(NTE )は、大型トラックのエンジン排出ガスが、使用時に一般的に見られる速度と負荷の組み合わせの全範囲にわたって制御されることを保証するものです。NTEは、エンジンのトルク曲線の下に、規制対象の汚染物質のいずれについても排出ガスが規定値を超えてはならない領域(「NTEゾーン」)を設定します。NTE試験手順には、特定の長さ(走行距離または時間)の特定の走行サイクルは含まれません。むしろ、定常状態または過渡状態、およびさまざまな周囲条件下での運転を含め、NTE制御領域の範囲内で発生する可能性のあるあらゆる種類の運転が含まれます。排出ガスは最低30秒間平均され、適用されるNTE排出制限と比較されます。[ 1 ]
NTE基準は、EPAと複数の大手ディーゼルエンジンメーカーとの間の同意判決の結果としてEPAによって作成されました。これらのメーカーには、キャタピラー、カミンズ、デトロイトディーゼル、マック、マックの親会社であるルノー・ビークル・インダストリエル、ボルボ・トラック・コーポレーションが含まれます。これらのメーカーは、排出ガス制御を無効にする装置を設置することで大気浄化法に違反したとして告発されました。[ 2 ]その結果、EPAとの同意判決による和解の一環として、これらのメーカーは多額の罰金を科され、 NTEを含む 新しい排出基準の対象となりました。
以下の条件がすべて同時に少なくとも 30 秒間満たされると、エンジンは NTE ゾーンで動作しているとみなされます。[ 3 ]
CFR 86.1370-2007 で定義されている NTE テストでは、エンジンのトルク カーブの下に、特定の汚染物質に対する排出量が規定の排出量上限を超えてはならない領域 (NTE 制御領域) が設定されます。NTE 上限は、上記のサブセクションで説明されている FTP 排出量制限の 1.25 倍に設定されます。2005 年モデルの大型エンジンの場合、NMHC と NOx の NTE 排出量上限は 、1 ブレーキ馬力時あたり 2.5 グラムの 1.25 倍、つまり1ブレーキ馬力 時あたり 3.125グラムです。ディーゼル エンジンの基本的な NTE 制御領域には、エンジンのトルクと速度マップ上に 3 つの基本的な境界があります。1 つ目は、特定の速度でのエンジンの最大トルクで表される上限です。2 つ目の境界は、最大トルクの 30 パーセントです。この境界を超える動作のみが NTE 制御領域に含まれます。3 つ目の境界は、最大出力の 50 パーセントでの最低エンジン速度と最大出力の 70 パーセントでの最高エンジン速度に基づいて決定されます。このエンジン回転数は「15パーセントの作動エンジン回転数」とみなされます。4番目の境界は最大出力の30%です[ 4 ]
議論の的となっているのは、NTE制限が実際の運転状況にどの程度適用できるかという点です。NTE基準を適用するには、エンジンがNTEゾーン(定格出力の最低30%での動作を含む)内に少なくとも30秒間留まる必要があります。しかし、ドライバーがアクセルペダルから足を離したり、マニュアルトランスミッション車でギアチェンジをしたりするたびにエンジンがNTEゾーンから外れてしまうため、この動作を実行するのは難しいのではないかという懸念が生じました。
都市部や郊外での運転では、これは比較的頻繁に発生し、NTE 基準は運転のごく一部にしか適用されないか[ 5 ] 、場合によっては全く適用されない。高出力エンジンの登場により、エンジンが 30 秒以上 NTE ゾーン内に留まる確率も低下する。たとえば、モーターコーチや長距離トラックを高速道路の巡航速度で維持するために必要な出力が約150 hp (110 kW)だとすると、475 hp (354 kW)のエンジンが、出力レベルを下げずに 30% を超える負荷で一貫して動作する確率は比較的小さい。
これらの懸念は、同意判決に基づいてウェストバージニア大学(WVU)が行った研究によって確認されました。WVUは、「NTEゾーン内に30秒間留まることは非常に難しい場合がある。結果としてNTEの利用可能性が低くなり、NTEエリア内の多くの測定値がNTEエリア外の測定値とともに拒否されるという問題が生じる。このようにして、実際のすべての排出量がNTEテスト結果に十分に『適切に反映されている』かどうかという疑問が生じる」[ 6 ]ことを発見しました。
同様の懸念事項として、エンジンがNTEゾーン内では適合しているものの、NTEゾーンのすぐ外側の出力レベル、またはアイドリング時にNOxが増加するケースが挙げられます。このような理由から、オフサイクル排出に関するワーキンググループは、NTEゾーンの拡張が合理的かどうかを検討しており、エンジンマップ(NTEゾーン外)上に実際の排出に大きく寄与する箇所があるかどうかを検討しています。彼らの予備的な調査結果は、NTEゾーンでのエンジンの運転時間がかなり短いことを発見したWVUの調査結果と一致しています。[ 7 ]
米国環境保護庁(EPA)によると、限られた運転条件下ではNTEには技術的な制約があり、そのためEPAはこれらの欠点を補うためにNTEゾーンの一部を「除外」(上記のグラフを参照)している。以下に抜粋を示す。
NTEゾーンは、均一な排出制限を設けるという要望に基づいて定義されました。そのゾーン内の例外規定は、特定の運転領域をNTEの検討対象から除外するか、その運転からの排出がNTEの結果にどれだけ寄与できるかを制限します。また、欠陥規定は、限られた運転条件下での技術的な制約により、NTE基準を一時的に超過することを許容します。その意図は、エンジンが作動できないモード、またはNTE基準を満たすことが技術的に不可能なモードにおいて、製造業者にNTE遵守の責任を負わせないことです。[ 5 ]
PM専用領域は NTE 制御領域から「切り出されている」。PM 専用除外領域は一般的にトルク曲線の下の領域にあり、エンジン回転数が高くエンジントルクが低い領域であり、規制で詳述されているいくつかの速度関連の基準と計算に応じて形状が変化する可能性がある。この動作範囲での PM の制御は、2004 年までに克服できないと我々が考える根本的な技術的課題を提示する。具体的には、これらの高速かつ低負荷の条件下で発生するシリンダー圧力は、潤滑油が燃焼室に吸入されるのを防ぐのに不十分な場合が多い。その結果、PM 排出量が増加する。さらに、これらのエンジンが動作時間の大部分をこの限られた速度とトルク範囲で過ごすとは考えていない[ 8 ] 。
2001年、エンジン製造業者協会(EMA)と複数のトラック業界団体( International Truck and Engine Corporationなど)が米国環境保護庁(EPA)に対して5件の訴訟を起こした。これらの訴訟はいずれも、現在NTE要件と呼ばれるEPA規制における特定のエンジン排出ガス制御基準の合法性と技術的実現可能性に異議を唱えるものであった。EMAは訴訟の中で、エンジンが主要な排出ガス基準を満たしているかどうかを判断するために、連邦試験手順として知られる標準化された20分間の排出ガス試験を使用してエンジンを試験および評価していると述べた。これに対し、NTEには特定の試験手順がなく、ほぼ無限の数の試験条件に適用できる可能性がある。製造業者の見解では、考えられるすべての条件下でエンジンを試験する実際的または実用的な方法がないため、NTEへの完全な準拠を確保することは事実上不可能であり、したがってNTEは違法(CAAはEPAにエンジン基準とそれに付随する試験手順を採用する権限を与えている)かつ技術的に実現不可能であるとした。[ 9 ]
2003年6月3日、両当事者はNTE規格に関する紛争の和解を最終的に締結した。両当事者は、ディーゼルエンジンおよび車両に対するメーカー主導の大型車両使用時NTE試験(「HDIUT」)プログラムを義務付ける将来の規制の詳細な概要に合意した。概要の一節には次のように記されている。
NTEしきい値は、既存の規制に組み込まれたマージンを含むNTE標準に、使用中の測定精度を考慮するための追加マージンを加えたものとなる。この追加マージンは、EPA/CARB/EMAによって開発および承認される測定プロセスおよび方法論によって決定される。このマージンは、将来的に機器メーカーがより高精度の機器を開発するよう促すように構成される。[ 10 ]
新しいHDIUTプログラムの最終目標は、真に堅牢な実走行排出ガス試験プログラムが実現可能かつ費用対効果が高いことが証明されれば、エンジン認証の大幅な効率化を可能にすることです。時間と費用のかかるエンジンの実験室評価は、より関連性の高いデータを効率的に提供する、実走行におけるリアルタイムの排出ガス評価に置き換えられる可能性があります。
基本的に、HDIUTは、製造業者が実施する、使用中の路上試験プログラムとして業界が合意したものです。これは、元のNTE規格に基づいています。実世界でのコンプライアンスに焦点を当てるように設計されており、NOx、HC、CO、PMを測定対象とするポータブル排出ガス測定システム(PEMS)を使用した排出ガス試験に依存しています。 [ 11 ] 使用中のPEMSに関連する排出ガス測定の変動を考慮するために、測定精度マージンが設定されています。[ 12 ]