姚 勇

（河北師范大學(xué)）

1 世界主要國(guó)家和地區(qū)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性限值和測(cè)試循環(huán)

聯(lián)合國(guó)氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（Intergovermental Panel on Climate Change）預(yù)計(jì)，從 1990 年～2100 年全球氣溫將升高1.4～5.8℃。目前的評(píng)估顯示，如果京都議定書(shū)能被徹底執(zhí)行，到2050年僅可以把氣溫的升幅減少0.02～0.28℃[1]。因此，世界各國(guó)政府對(duì)溫室氣體的排放開(kāi)始采取更加嚴(yán)格的措施，而鑒于汽車(chē)污染物排放數(shù)量大，尤其加大了對(duì)汽車(chē)污染物排放的限制。目前，世界汽車(chē)污染物的排放法規(guī)主要有歐盟、美國(guó)和日本3大體系，其他國(guó)家和地區(qū)大多參照?qǐng)?zhí)行這些測(cè)試循環(huán)和經(jīng)濟(jì)性限值[1，2]（表1）。由于這些經(jīng)濟(jì)性限值單位及測(cè)試方法上各不相同，不能直接進(jìn)行比較，這給比較世界各地汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)[3]。本文結(jié)合3大經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的特點(diǎn)，尋找出了一個(gè)近似比較方法。

表1 世界主要國(guó)家和地區(qū)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性限值和測(cè)試循環(huán)

2 世界主要汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法

2． 1 美國(guó)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法

美國(guó)燃油經(jīng)濟(jì)性的測(cè)定在城市行駛循環(huán)[4]（圖1）和高速公路行駛循環(huán)[4]（圖2）下，分別測(cè)定每種車(chē)型的排放物，并將測(cè)得的HC、CO和CO2排放量代入碳平衡公式中，得到該車(chē)型以英里/加侖（mpg）表示的城市行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性（CFE）和高速公路行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性（HFE）。

美國(guó)城市行駛循環(huán)總試驗(yàn)時(shí)間為1 877 s，總試驗(yàn)里程約為11.1 mile，平均車(chē)速為19.68 mile/h（31.67 km/h），最高車(chē)速為 56.7 mile/h（91.2 km/h）。美國(guó)公路行駛循環(huán)總試驗(yàn)時(shí)間=765 s+15 s（總速）+765 s（取樣）=1 545 s，總試驗(yàn)里程為 20.44 mile，平均車(chē)速為48.1 mile/h（77.4 km/h），最高車(chē)速為59.9 mile/h（96.4 km/h）。綜合CAFE測(cè)試包括55%的城市道路行駛循環(huán)和45%高速公路行駛循環(huán)，通過(guò)綜合CAFE測(cè)試可計(jì)算出該車(chē)型綜合的CAFE指標(biāo)。美國(guó)油耗法規(guī)控制的是“公司平均燃油經(jīng)濟(jì)性”。美國(guó)汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性限值目前是27.5 mpg，到2025年美國(guó)燃油經(jīng)濟(jì)性限值為49.6 mpg，其計(jì)算方法如下。

對(duì)于汽油機(jī)汽車(chē)，碳平衡公式為：

式中，CWF為汽油中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)；SG為汽油的實(shí)測(cè)密度；NHV為汽油的實(shí)測(cè)低熱值。

對(duì)于柴油機(jī)汽車(chē)，碳平衡公式[4]為：

然后將求得的CFE和HFE代入下列公式，求出該車(chē)型的綜合燃油經(jīng)濟(jì)性[5]（FE）：

根據(jù)美國(guó)40CFR600規(guī)定，城市燃油經(jīng)濟(jì)性的調(diào)節(jié)因子為0.9，高速公路燃油經(jīng)濟(jì)性的調(diào)節(jié)因子為0.78，則：

式中，F(xiàn)EA為調(diào)節(jié)后的燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)值[5]。

2． 2 歐盟（中國(guó)）汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法

目前，歐洲汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商協(xié)會(huì)與歐盟委員會(huì)達(dá)成自愿協(xié)議來(lái)滿(mǎn)足歐盟消減汽車(chē)CO2排放要求。1998年3月簽訂的ACEA （Association des Constructeurs Européens d’Automobiles）協(xié)議是一個(gè)集體承諾，即歐盟汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商協(xié)會(huì)及它的成員承諾自愿消減在歐盟銷(xiāo)售的汽車(chē)CO2排放。該協(xié)議建立了整個(gè)汽車(chē)工業(yè)在歐盟銷(xiāo)售新汽車(chē)的平均排放目標(biāo)。協(xié)議規(guī)定到2008年，在歐盟銷(xiāo)售的新汽車(chē)要達(dá)到CO2排放為140 g/km的平均目標(biāo)，現(xiàn)在該協(xié)議延伸到2012年的CO2排放目標(biāo)為120 g/km[2]，到2020年CO2排放目標(biāo)降為95 g/km。

歐盟（中國(guó)）汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法是，從成批生產(chǎn)的車(chē)輛中隨機(jī)抽取3輛，進(jìn)行CO、HC和CO2測(cè)定試驗(yàn)，將測(cè)得的污染物代入碳平衡公式，求得燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)值。測(cè)試循環(huán)由4個(gè)市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)和一個(gè)市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)組成[4]（圖3），且試驗(yàn)車(chē)輛要在試驗(yàn)前行駛3 000～15 000 km進(jìn)行磨合。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)使用規(guī)定的基準(zhǔn)燃料，即汽油的氫碳比固定為1.85，柴油氫碳比固定為1.86，在計(jì)算燃料消耗量時(shí)采用此固定的氫碳比。

歐盟汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法[4]如下：

式中，對(duì)于汽油車(chē) K′=SG/0.115 4，對(duì)于柴油車(chē) K′=SG/0.115 5，SG為燃油的實(shí)測(cè)密度。

2． 3 日本汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法

日本政府1999年提出了汽油機(jī)和柴油機(jī)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)限值基于按質(zhì)量分類(lèi)的平均燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)值，即汽車(chē)必須達(dá)到它們各自所屬質(zhì)量級(jí)別對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。在其質(zhì)量段范圍內(nèi)采用CAFE方法，即某一汽車(chē)廠(chǎng)在某一質(zhì)量段內(nèi)銷(xiāo)售的汽車(chē)，只要各車(chē)型加權(quán)油耗總和滿(mǎn)足該質(zhì)量段的限值要求即可。

日本汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)試方法[4]是，試驗(yàn)車(chē)輛應(yīng)在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行預(yù)熱，并以恒速60±2 km/h運(yùn)行15 min后，測(cè)量冷卻液和潤(rùn)滑油溫度；然后再運(yùn)行5 min后，運(yùn)行15工況一次和怠速24 s；隨后，連續(xù)運(yùn)行 10工況 （圖 4）3次和 15工況（圖5）1次。在第一個(gè)15工況的終點(diǎn)開(kāi)始將排氣取入定容取樣器中，于最后一個(gè)15工況末了終止。

日本汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法[4]如下：

式中，對(duì)于汽油車(chē)，K″=649；對(duì)于柴油車(chē)，K″=735。

3 美國(guó)、歐盟、日本汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的換算

美國(guó)和日本的測(cè)試循環(huán)相同，但經(jīng)濟(jì)性計(jì)算方法不同，歐盟與美國(guó)、日本的測(cè)試循環(huán)和計(jì)算方法完全不同。另外，各國(guó)的燃料成分、添加劑、氣候、地理環(huán)境等存在差異，文中只考慮主要因素，介紹一種通用的比較方法。

3． 1 不同單位的換算

美國(guó)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性FEA的單位為mpg，而歐盟（中國(guó)）燃油經(jīng)濟(jì)性的單位為L(zhǎng)/100 km，在不考慮試驗(yàn)循環(huán)等因素時(shí)的公式為；

1 mpg=1.609 344 km/3.785 411 78 L，則：

3． 2 美國(guó)、日本汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性與歐盟（中國(guó)）汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)的換算

3.2.1 美國(guó)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)換算為歐盟（中國(guó)）汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)

根據(jù)美國(guó)專(zhuān)家介紹[4]，由于美國(guó)和歐盟（中國(guó)）的試驗(yàn)規(guī)程不同，將美國(guó)的FEA轉(zhuǎn)換為歐盟（中國(guó)）汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)時(shí)，需要將FEA乘以0.86。因此，將式（4）轉(zhuǎn)換為：

3.2.2 日本的燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)換算為歐盟（中國(guó)）的燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)

日本自動(dòng)車(chē)工業(yè)會(huì)推薦的乘用車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)換算公式是[4]：

式中，Y為歐盟 （中國(guó)）燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)；X為日本按10－15工況測(cè)量和計(jì)算得到的燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)。

日本豐田公司推薦的燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)換算公式是[4]：

按式（10）換算了8種豐田車(chē)型的燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)后，得知換算結(jié)果是比較接近實(shí)測(cè)值的。

從圖6可看出，在百公里油耗為13 L時(shí)，式（9）和式（10）的差為 1.305 3，偏差 10.04%。而日本汽車(chē)的百公里油耗在4.74～12.8 L之間，平均百公里油耗為6.6 L，從圖6中可知，在這區(qū)間換算結(jié)果偏差不大。

3.2.3 汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)換算為CO2排放值

在測(cè)得或計(jì)算得到汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)（L/100km）后，再乘以23.25 L/km，得到該車(chē)型的CO2排放值 （1加侖汽油生成CO28 800 g，1加侖等于3.785 L，則 8 800/3.785=2 325 g/L。對(duì)于 L/100 km，則為 2 325/100=23.25）。

4 汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的等效結(jié)果與分析

將美國(guó)采用的 CAFE 1997～2007 年、2011～2025年的汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性限值，以及日本采用10－15工況2000年后的汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性限值[6]，通過(guò)上述方法換算成歐盟NEDC工況下的CO2排放值后，并將它們和歐盟1998年后汽車(chē)CO2排放限值進(jìn)行了比較（圖7）。

從圖7可以看出：

a. 世界3大經(jīng)濟(jì)性法規(guī)體系中，日本汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性規(guī)范目前最為嚴(yán)格，歐盟次之，美國(guó)最為寬松。

b. 美國(guó)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性在2010年以后開(kāi)始大幅度提高，在2025年左右將和日本汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性基本相同。

c. 中國(guó)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性在2015年以后也將大幅改善。

d. 2015年以后，歐盟汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)的提高速度將超過(guò)日本，成為世界最為嚴(yán)格的汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)。

1 Feng.An Passenger Vehicle Greenhouse Gas and Fuel Economy Standards.World Resources Institute Canada，2004.

2 許拔民.汽車(chē)油耗標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)法規(guī)的現(xiàn)狀與發(fā)展.汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化， 2005（10）：53～58.

3 孫路訓(xùn).汽車(chē)燃油標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)美國(guó)車(chē)企技術(shù)提升.汽車(chē)商業(yè)評(píng)論，2009（4）：9～11.

4 InternationalCouncilon Clean Transportation.ICCT technical vehicle efficiency handout.Washington D.C.USA International Councilon Clean Transportation，2010.

5 GB 19578—2004乘用車(chē)燃料消耗量限值.

6 Austin D.`Climate－Change Policy and CO2Emissions from Passenger Vehicles.Washington D.C.USA International Council on Clean Transportation，2011.