沈文卓

汽車油耗控制與碳排放
——從《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》新政看控制碳排放

沈文卓

(德爾福（上海）動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)有限公司，上海200131)

通過試驗(yàn)室計(jì)算油耗的方法，說明油耗與二氧化碳的相互關(guān)系，探討控制油耗對(duì)減少我國碳排放量的重要作用。

汽車；油耗；碳排放；排放測(cè)試

全球碳排放的問題日漸受到各國重視，繼《京都議定書》后，聯(lián)合國氣候變化大會(huì)再次展開《哥本哈根協(xié)議》的制定，目的是商討后續(xù)方案，為應(yīng)對(duì)未來氣候變化尋求一個(gè)全球行動(dòng)方案。為此，人們對(duì)碳排放影響較大的行業(yè)尤為關(guān)注，其中包括正在蓬勃發(fā)展的汽車行業(yè)，因此汽車用燃料消耗量也成為重要關(guān)注點(diǎn)。雖然汽車行業(yè)并非碳排放量最大的產(chǎn)業(yè)，但是最新頒布的《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》仍舊顯示出了我國政府對(duì)于減少二氧化碳排放、保護(hù)全球環(huán)境的決心。

1 政策新內(nèi)容

1.1 新舊政策對(duì)比

為進(jìn)一步減少乘用車燃料消耗量，對(duì)其制定相應(yīng)的限值及評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)甚為重要。因此我國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2014年12月22日正式公布了最新《乘用車燃料消耗量限值》GB19578-2014和《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》GB27999-2014。其中，要求我國乘用車新車平均燃料消耗量水平在2020年下降至5 L/100 km左右，對(duì)比GB27999-2011的7 L/100 km，進(jìn)一步降低了乘用車燃料消耗水平，也進(jìn)一步控制了我國乘用車的二氧化碳排放量。對(duì)此，筆者取三排以下座椅車型的幾項(xiàng)燃料消耗量目標(biāo)值進(jìn)行新舊對(duì)比，見表1：

表1 我國具有三排以下座椅的乘用車車型燃料消耗量目標(biāo)值（2011版與2014版對(duì)比[1-2]）

與2011年發(fā)布的乘用車燃料消耗量限值相比較，新政策乘用車限值隨車輛整備質(zhì)量的增加，油耗目標(biāo)值降低幅度也隨之增加，整車整備質(zhì)量小于750 kg的車型降低20%，大于1430 kg小于1540 kg的車型降低45%，大于2510 kg的車型降低了近60%，足可見我國政府對(duì)油耗監(jiān)控的力度，大幅減少我國乘用車燃料消耗量。

1.2 新政策的靈活度

相對(duì)于嚴(yán)格的目標(biāo)值，2016～2019年期間，新規(guī)給予企業(yè)高于目標(biāo)值相應(yīng)的靈活度，具體如表2：

表2 企業(yè)平均燃料消耗量要求[3]

2 二氧化碳與油耗的相互關(guān)系

2.1 試驗(yàn)室油耗計(jì)算方法

汽車排放試驗(yàn)在測(cè)量各尾氣排放量的同時(shí)，也測(cè)算油耗。計(jì)算油耗的常用方法為碳平衡法。所謂碳平衡法就是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，汽柴油經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后，排氣中碳質(zhì)量總和與燃燒前燃油中的碳質(zhì)量總和相等。

通過汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在燃油燃燒前和燃燒后的碳質(zhì)量平衡，即可計(jì)算出汽車的燃油消耗量。汽柴油燃燒排放過程中，釋放出大量尾氣，其中含碳（C）氣體有碳?xì)洌℉C），一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。試驗(yàn)室通過采集整個(gè)尾氣排放過程中HC，CO和CO2的排放總量，計(jì)算出含C總量，從而得到該汽車的油耗量。

2.2 碳平衡計(jì)算公式

其中ρ＝燃油密度

0.1154 =燃油中碳分子的質(zhì)量比

0.866 =C分子在HC中的所占含量比，即12 /(1.86+12)=0.8658

0.429 =C分子在CO中所占含量比，即12/ (12+16)=0.42857

0.273 =C分子在CO2中所占含量比，即12/ (12+162)=0.273

2.3 測(cè)試方法

汽車排放試驗(yàn)中，測(cè)試車被固定在專用測(cè)試轉(zhuǎn)轂上，測(cè)試汽車根據(jù)排放循環(huán)曲線開始運(yùn)行。排放循環(huán)曲線選取國家第四階段汽車排放污染物測(cè)試循環(huán)來完成，排放測(cè)試過程共1180 s，由4個(gè)城區(qū)循環(huán)和1個(gè)郊區(qū)循環(huán)組成。每個(gè)城區(qū)循環(huán)耗時(shí)195 s，郊區(qū)循環(huán)400 s。汽車運(yùn)行過程中，使用采集袋收集得到汽車在整個(gè)排放循環(huán)中釋放的尾氣量，根據(jù)各尾氣中的含C量計(jì)算出汽車燃油消耗值。表3中列出了普通1.6 L汽油轎車尾氣排放采集值。

表3 汽油轎車尾氣排放值

通過碳平衡法計(jì)算可得燃油消耗值：

2.4 測(cè)試結(jié)果

表4列舉出各尾氣排放值與燃油消耗量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表4 汽車排放與燃油消耗量的關(guān)系

由表4可以看出，普通1.6 L汽油轎車的THC與CO2的排放比為0.00023；CO與CO2的排放比為0.0026。

所有含C氣體中，HC和CO的含量與CO2相比非常低，這是由于現(xiàn)代汽油機(jī)采用的電控汽油噴射和三元催化轉(zhuǎn)換器能較好地控制HC和CO的排放。因此，尾氣中CO2的濃度對(duì)燃油消耗量的推算起決定性作用。

2.5 結(jié)論

由此可見，試驗(yàn)室運(yùn)用碳平衡法計(jì)算時(shí)，HC和CO雖然參與計(jì)算，但由于排放量小，其影響幾乎可以忽略不計(jì)。燃油中的C燃燒后基本都轉(zhuǎn)化成CO2，燃油和CO2的含碳量幾乎為1:1。

反之同樣成立，即燃油消耗量的高低也關(guān)系到CO2排放量的多少。這就是我們通過油耗來監(jiān)控CO2排放量，并使用節(jié)油手段來達(dá)到降低CO2排放的目的。

3 計(jì)算二氧化碳排放減少量

3.1 汽車銷量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

工信部發(fā)布2014年全年汽車工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況。數(shù)據(jù)顯示，去年我國累計(jì)生產(chǎn)汽車2372.29萬輛，同比增長7.3%，銷售汽車2349.19萬輛，同比增長6.9%，產(chǎn)銷量保持世界第一。根據(jù)這項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，通過一個(gè)簡單的計(jì)算，就可以反映出我國機(jī)動(dòng)車每年每公里可以減少的二氧化碳排放量。

3.2 排放量計(jì)算

根據(jù)目前實(shí)行的《第三階段乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》，到2015年，全國平均乘用車燃油消耗量將降為7 L/100 km左右，對(duì)應(yīng)二氧化碳放約為167 g/km，從2012到2014年企業(yè)燃料消耗量將分別給予高于車型油耗目標(biāo)值9%、6%、3%的靈活性，可得2014年全國平均乘用車二氧化碳排放量約為：

E1=2.37×107×167×103%＝4．08×109g/km

根據(jù)此次《乘用車燃料消耗量限值》新規(guī)“我國乘用車新車平均燃料消耗量水平在2020年下降至5 L/100 km左右，對(duì)應(yīng)二氧化碳排放約為120 g/km”，且2016年企業(yè)平均燃料消耗量可高于目標(biāo)值，具體為≤134%，則

E2=2.37×107×120×134%＝3．81×109g/km

機(jī)動(dòng)車數(shù)量不變的前提下，根據(jù)新規(guī)每公里二氧化碳可減少：

ΔE=E1-E2=4.08×109-3.81×109＝2．7×108g/km

即按照新規(guī)，我國機(jī)動(dòng)車可以減少總量約為270 t/km的二氧化碳排放量。以我國乘用車年均里程10000 km來計(jì)算，則可減少270萬t的二氧化碳排放。

3.3 小結(jié)

據(jù)全球碳計(jì)劃（Global Carbon Project）公布的2013年全球碳排放數(shù)據(jù)顯示，2013年全球人類的碳排放量達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的360億t。其中排放量最大的國家為中國，占總量的29%；其次是美國占15%，歐洲占10%以及印度占7.1%。全球平均的人均二氧化碳排放量為5 t，中國超過歐洲的人均6.8 t，達(dá)到了7.2 t[3]。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，我國乘用車每年減少的二氧化碳排放量相當(dāng)于我國37.5萬人年均二氧化碳排放量。且我國目前汽車產(chǎn)量持續(xù)增長趨勢(shì)明顯，二氧化碳減少量將更為驚人。

4 二氧化碳的危害及防治

4.1 二氧化碳的危害

二氧化碳過多最直接的危害是溫室效應(yīng)。二氧化碳會(huì)阻礙地球向宇宙空間釋放熱量，即地球上產(chǎn)生的熱量被二氧化碳阻擋，無法向外輻射，導(dǎo)致能量不平衡，地球表面過熱，最終引發(fā)旱澇災(zāi)害，冰山融化，海平面上升及至城市陸地被淹。所以控制大氣中的二氧化碳含量，減少二氧化碳排放刻不容緩。

4.2 二氧化碳的防治措施

為減少二氧化碳排放，必須加強(qiáng)對(duì)排放的監(jiān)管，其中包括對(duì)汽車燃料排放的監(jiān)管。最有效的監(jiān)管方法就是通過控制汽車燃料使用限值來減少二氧化碳的排放。

我國2004年10月發(fā)布的《乘用車燃料消耗量限值》，是我國控制汽車燃油消耗量的第一個(gè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)明顯壓低了我國乘用車的平均燃油消耗；《限值》施行后，2006年與2002年相比，新車的全國平均燃料消耗量從2002年的9.11 L/100 km，下降為8.06 L/100 km，乘用車燃料消耗量平均下降了11.5%。到2015年，全國平均乘用車燃油消耗量降為7 L左右。而早在2007年，歐洲國家的油耗標(biāo)準(zhǔn)就已達(dá)到7.05 L/100 km；同年日本的數(shù)據(jù)為5.04 L/100 km。僅就油耗控制上，我國依然落后于世界各國轎車的平均油耗水平。

5 節(jié)能減耗新舉措

為了配合全球范圍節(jié)能減排的要求，汽車廠商開發(fā)了多種為汽車節(jié)油的方案。除目前常用的VVT技術(shù)外，較為新穎的還有可變凸輪軸相位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（VCP）、HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)、停缸技術(shù)（Cylinder Deactivation）、混合動(dòng)力等。這些方案主要由燃燒優(yōu)化、熱管理和電管理三個(gè)方面入手以改進(jìn)汽車的油耗量，從而進(jìn)一步減少碳排放量，為維護(hù)生態(tài)環(huán)境持續(xù)努力。

[1]GB27999-2014，乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)[S].

[2]GB27999-2011，乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)[S].

[3]GB27999-2014，乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)[S].

[4]Matt McGrath.China's per capita carbon emissions overtake EU's[N/OL].BBC News,New York,2014-09-21 [2015-03-18]http://www.bbc.com/news/science-environment-29239194.

The Relation between Vehicle Fuel Consumption and Carbon Emission

SHEN Wen-zhuo
(Delphi(Shanghai)Dynamic&Propulsion System Company,Shanghai 200131,China)

This paper described the relation between fuel consumption and CO2by introducing a mathematic method of fuel consumption calculation in lab,aiming to tell us how important the stricter fuel consumption policy effects on reducing carbon emission.

vehicle;fuel consumption;carbon emission;emission test

1006-4184（2015）5-0048-04

2015-03-30

沈文卓（1982-），女，上海人，同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)，從事汽車零部件測(cè)試工作。

E-mail:tomboy1113@163．com。