耿培林 李朝陽(yáng) 陳 靜 鄭澤其 劉 樂

（1-中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司 天津 300300 2-南開大學(xué)）

引言

二氧化碳減排成為全球最為關(guān)注的議題，大部分國(guó)家宣稱到2050 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2020 年9 月22 日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上做出承諾，中國(guó)將采取更加有力的政策措施，碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)峰，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CO2是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的主要排放物，碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)愿景，對(duì)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)提出了更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)而言，短期內(nèi)應(yīng)以提高熱效率（減碳）為目標(biāo)，中長(zhǎng)期應(yīng)以燃用零碳或碳中性燃料為目標(biāo)[1]。

現(xiàn)如今全世界的汽車保有量已突破10 億輛，其中的大部分為燃油汽車。傳統(tǒng)的燃油車存在能量利用率不足、排放污染較為嚴(yán)重等問題。如此大規(guī)模的汽車保有量造成的能源消耗及污染物排放是驚人的，因此針對(duì)汽車的節(jié)能減排研究已成為解決全球能源及環(huán)境問題的關(guān)鍵課題之一[2-3]。如何改善汽車能量來源，盡可能使用清潔能源并提升整車能量利用率迫在眉睫，新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生并成為當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一[4]。

混合動(dòng)力汽車不僅結(jié)合了燃油汽車能量密度高、配套基礎(chǔ)設(shè)施完備及電動(dòng)車清潔高效的優(yōu)點(diǎn)，而且混合動(dòng)力汽車無需大幅改動(dòng)，僅在現(xiàn)有車型上進(jìn)行改裝就可投入生產(chǎn)，易于實(shí)現(xiàn)的技術(shù)和更為經(jīng)濟(jì)的成本更易被普通大眾接受，因此發(fā)展混合動(dòng)力汽車成為了新能源領(lǐng)域中較為流行的方案之一[5]。而混合動(dòng)力汽車通常分為可插電和不可外接充電兩種類型，因此本文將選取三個(gè)具有代表性的車型：傳統(tǒng)汽車，可插電混合動(dòng)力汽車以及不可插電混合動(dòng)力汽車，在WLTC 工況下進(jìn)行碳排放測(cè)試研究，綜合比較各個(gè)分速段不同車型的碳排放量，從而對(duì)混合動(dòng)力汽車的節(jié)能減排效果有一個(gè)量化的概念。

1 試驗(yàn)設(shè)備及方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)用到的主要設(shè)備如表1 所示。所有車輛排放試驗(yàn)均按GB 18352.6—2016 輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）中Ⅰ型試驗(yàn)的要求進(jìn)行，測(cè)試循環(huán)由全球輕型車統(tǒng)一測(cè)試循環(huán)（WLTC）的低速段（Low），中速段（Medium），高速段（High）和超高速段（Extra High）四部分組成，持續(xù)時(shí)間共1 800 s。其中低速段的持續(xù)時(shí)間589 s，中速段的持續(xù)時(shí)間433 s，高速段的持續(xù)時(shí)間455 s，超高速段的持續(xù)時(shí)間323 s，工況曲線如圖1 所示。

圖1 WLTC 工況曲線

表1 試驗(yàn)設(shè)備

1.2 試驗(yàn)車輛

本文在WLTC 工況下，分別對(duì)傳統(tǒng)車和混合動(dòng)力汽車進(jìn)行的碳排放和燃料消耗量進(jìn)行測(cè)試，其中碳排放為尾氣中的二氧化碳排放。傳統(tǒng)車分為多用途乘用車（SUV）與轎車，混合動(dòng)力汽車分為不可插電混合動(dòng)力SUV 和轎車以及可插電式混合動(dòng)力SUV 和轎車。所用試驗(yàn)設(shè)備如圖2 所示。

圖2 試驗(yàn)設(shè)備連接示意圖

2 不同車型的碳排放分析

2021 年2 月份國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布GB 19578—2021《乘用車燃料消耗量限值》，而此標(biāo)準(zhǔn)在同年7 月1 日起實(shí)施。2025 年之前，傳統(tǒng)能源乘用車、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)乘用車試驗(yàn)工況將由NEDC 切換為WLTC。而在此前發(fā)布的《乘用車燃料消耗量限值》征求意見稿中明確的是，汽油、柴油、兩用燃料及雙燃料車輛的燃料消耗量應(yīng)按GB/T 19233、采用全球統(tǒng)一輕型車輛測(cè)試循環(huán)（WLTC）進(jìn)行測(cè)定?？赏饨映潆娂安豢赏饨映潆娛交旌蟿?dòng)力車輛的燃料消耗量應(yīng)按GB/T 19753、采用全球統(tǒng)一輕型車輛測(cè)試循環(huán)（WLTC）進(jìn)行測(cè)定。WLTC 的測(cè)試方法分為低速、中速、高速與超高速四個(gè)部分，對(duì)應(yīng)持續(xù)時(shí)間分別為589 s、433 s、455 s、323 s，對(duì)應(yīng)最高車速分別為56.5 km/h、76.6 km/h、97.4 km/h、131.3 km/h，并且將車輛的滾動(dòng)阻力、擋位、車重等因素都融入到了測(cè)試中。其主要目標(biāo)是讓標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試下的燃油消耗和排放估算與實(shí)際公路駕駛條件下的指標(biāo)更接近。與NEDC 相比，WLTC 更加真實(shí)準(zhǔn)確地反映了車輛的燃油消耗和排放估算，現(xiàn)在已經(jīng)被中國(guó)、日本和美國(guó)等國(guó)家所接受。與NEDC 標(biāo)準(zhǔn)相比，WLTC 標(biāo)準(zhǔn)更接近真實(shí)路況的行駛條件，該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，燃油車的油耗和電動(dòng)車的續(xù)航里程，也更接近于實(shí)際駕駛油耗與續(xù)航里程。在NEDC 切換為WLTC 后，車型的續(xù)航里程標(biāo)定無疑會(huì)較現(xiàn)階段有明顯的下降，而在一定程度上，車企虛標(biāo)里程的問題也將受到打擊。

2.1 傳統(tǒng)車不同速度段的碳排放分析

本文將SUV 整備質(zhì)量分為1 500～1 600 kg、1 600～1 700 kg、1 700～1 800 kg 和1 800～1 900 kg 四個(gè)區(qū)間，對(duì)其在WLTC 工況下的CO2排放量測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，如圖3 所示。將轎車整備質(zhì)量分為1 400～1 500 kg、1 500～1 600 kg、1 600～1 700 kg、1 700～1 800 kg 和2 000～2 100 kg 五個(gè)區(qū)間，對(duì)其在WLTC工況下的CO2排放量測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，如圖4 所示。

圖3 傳統(tǒng)SUV 二氧化碳排放量測(cè)試

圖4 傳統(tǒng)轎車二氧化碳排放量測(cè)試

從圖3 和圖4 可以看出，傳統(tǒng)SUV 和轎車在低速段碳排放量最多，傳統(tǒng)SUV 的低速段碳排放量高于傳統(tǒng)轎車，具體分析如下：SUV 車型在四個(gè)整備質(zhì)量段的低速段碳排放分別達(dá)到了235 g/km、243 g/km、273 g/km 和249 g/km，轎車在五個(gè)整備質(zhì)量段的低速段碳排放分別達(dá)到了152 g/km、187 g/km、210 g/km、201 g/km 和187 g/km，以整備質(zhì)量為1 700～1 800 kg的SUV 為例，高速段碳排放量比低速段下降達(dá)41.19%。

2.2 混合動(dòng)力汽車不同速度分段的碳排放分析

本文將混合動(dòng)力SUV 整備質(zhì)量分為1 700～1 800 kg、1 800～1 900 kg、1 900～2 000 kg 和2 100～2 200 kg 四個(gè)區(qū)間，對(duì)其在WLTC 工況下的CO2排放量測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，如圖5 所示。將混合動(dòng)力轎車整備質(zhì)量分為1 400～1 500 kg、1 500～1 600 kg、1 600～1 700 kg、1 700～1 800 kg 和2 000～2 100 kg 五個(gè)區(qū)間，對(duì)其在WLTC 工況下的CO2排放量測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，如圖6 所示。

圖5 混合動(dòng)力SUV 二氧化碳排放量測(cè)試

圖6 混合動(dòng)力轎車二氧化碳排放量測(cè)試

從圖5 和圖6 可以看出，混合動(dòng)力SUV 和轎車在超高速段碳排放量最多，其中混合動(dòng)力SUV 在四個(gè)速度段的碳排放分別達(dá)到了168 g/km、174 g/km、164 g/km 和161 g/km，而混合動(dòng)力轎車分別達(dá)到了137 g/km、136 g/km、135 g/km、161 g/km 和132 g/km，其中，整備質(zhì)量為1 800～1 900 kg 的混合動(dòng)力SUV在低速段比同等質(zhì)量下超高速段下降92.29%。說明，對(duì)于新能源汽車中的混合動(dòng)力汽車，在超高速段動(dòng)力主要由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，電機(jī)基本不參與動(dòng)力輸出。此外，無論是傳統(tǒng)車還是混合動(dòng)力汽車，在各速度分段碳排放都呈正態(tài)分布，因此也說明車輛整備質(zhì)量并不是CO2排放量的決定性因素。

2.3 相同整備質(zhì)量下的碳排放綜合分析

2.1 與2.2 節(jié)展示了傳統(tǒng)車與混合動(dòng)力汽車SUV 與轎車在不同整備質(zhì)量下的碳排放結(jié)果。為了更直觀地展現(xiàn)傳統(tǒng)汽車與混合動(dòng)力汽車之間的碳排放差異，本文分別選取相同整備質(zhì)量區(qū)間下的SUV和轎車以及各自的不可插電混動(dòng)和插電混動(dòng)的碳排放，并進(jìn)行比較分析，結(jié)果如圖7 和圖8 所示。

圖7 傳統(tǒng)與混合動(dòng)力SUV 二氧化碳排放量測(cè)試

圖8 傳統(tǒng)與混合動(dòng)力轎車二氧化碳排放量測(cè)試

從圖7 和圖8 可以看出，在任何速度分段，傳統(tǒng)車的碳排放量均高于混合動(dòng)力汽車。其中，在低速段，傳統(tǒng)車與混合動(dòng)力汽車的碳排放量的差異最明顯，傳統(tǒng)SUV 與傳統(tǒng)轎車更是達(dá)到274 g/km 和201 g/km 的碳排放量，而不可插電混合動(dòng)力SUV 和不可插電轎車僅僅只有88 g/km 和63 g/km。低速段，可插電式混合動(dòng)力汽車在碳排放這一方面表現(xiàn)得也不理想，無論是SUV 還是轎車均高于同等質(zhì)量的不可插電汽車，可插電式轎車更是達(dá)到了99 g/km，不可插電轎車相較于它下降58.06%。

整體來看，對(duì)于SUV，插電式混合動(dòng)力SUV 在中速段和高速段低于不可插電混合動(dòng)力SUV，其中中速段差異較明顯，相比于不可插電混合動(dòng)力SUV下降26.03%。相反對(duì)于轎車，可插電式混合動(dòng)力轎車僅僅在超高速段的碳排放量達(dá)到130 g/km，略低于不可插電混合動(dòng)力轎車的138 g/km，而在低速段，中速段，高速段分別達(dá)到99 g/km、103 g/km、98 g/km，不可插電混合動(dòng)力轎車則比其下降了58.06%、8.77%、15.32%。綜合來看，同種車型的SUV 和轎車，相較于傳統(tǒng)車，不可插電混合動(dòng)力汽車的碳排放量分別降低31.21%以及25.97%，而可插電混合動(dòng)力汽車的碳排放量可分別降低33.42%，23.41%，混動(dòng)車在SUV車型上的降碳減排效果更為明顯?；旌蟿?dòng)力汽車將會(huì)有效地響應(yīng)“碳達(dá)峰”政策。

3 結(jié)論

1）傳統(tǒng)車的碳排放主要集中在低速階段，其碳排放量可以達(dá)到混動(dòng)車的2～3 倍。因此，在城市道路上混合動(dòng)力汽車明顯更能達(dá)到綠色減排的效果。

2）在超高速階段，傳統(tǒng)車與混合動(dòng)力汽車碳排放量相差不大。對(duì)于SUV，三者的碳排放量分別是197 g/km、168 g/km、174 g/km，對(duì)于轎車，碳排放量差異更小，分別是149 g/km、138 g/km、130 g/km。因此，在城郊的高速道路上，混合動(dòng)力汽車相比于同車型的傳統(tǒng)汽車減排效果并沒有很突出。

3）綜合來看，混合動(dòng)力汽車具有很大的降碳效果。對(duì)于SUV 車輛，傳統(tǒng)、不可插電、可插電等三種技術(shù)路線車的碳排放量分別為191 g/km、133 g/km和127 g/km，其中可插電式混合動(dòng)力汽車碳排放量最小，比傳統(tǒng)SUV 和不可插電混合動(dòng)力SUV 下降33.42%、4.04%。而對(duì)于轎車，三種車型碳排放量分別為144 g/km、102 g/km 和110 g/km，其中不可插電混合動(dòng)力汽車碳排放量最小，比傳統(tǒng)轎車和不可插電式混合動(dòng)力轎車下降8.87%，6.93%。