世界主要汽車燃油經(jīng)濟性測試循環(huán)的對比研究＊

姚 勇

（河北師范大學(xué)）

1 世界主要國家和地區(qū)汽車燃油經(jīng)濟性限值和測試循環(huán)

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

表1 世界主要國家和地區(qū)汽車燃油經(jīng)濟性限值和測試循環(huán)

2 世界主要汽車燃油經(jīng)濟性計算方法

2． 1 美國汽車燃油經(jīng)濟性計算方法

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

美國城市行駛循環(huán)總試驗時間為1 877 s，總試驗里程約為11.1 mile，平均車速為19.68 mile/h（31.67 km/h），最高車速為 56.7 mile/h（91.2 km/h）。美國公路行駛循環(huán)總試驗時間=765 s+15 s（總速）+765 s（取樣）=1 545 s，總試驗里程為 20.44 mile，平均車速為48.1 mile/h（77.4 km/h），最高車速為59.9 mile/h（96.4 km/h）。綜合CAFE測試包括55%的城市道路行駛循環(huán)和45%高速公路行駛循環(huán)，通過綜合CAFE測試可計算出該車型綜合的CAFE指標(biāo)。美國油耗法規(guī)控制的是“公司平均燃油經(jīng)濟性”。美國汽車的燃油經(jīng)濟性限值目前是27.5 mpg，到2025年美國燃油經(jīng)濟性限值為49.6 mpg，其計算方法如下。

對于汽油機汽車，碳平衡公式為：

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

對于柴油機汽車，碳平衡公式[4]為：

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

根據(jù)美國40CFR600規(guī)定，城市燃油經(jīng)濟性的調(diào)節(jié)因子為0.9，高速公路燃油經(jīng)濟性的調(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)濟性數(shù)值[5]。

2． 2 歐盟（中國）汽車燃油經(jīng)濟性計算方法

目前，歐洲汽車生產(chǎn)廠商協(xié)會與歐盟委員會達(dá)成自愿協(xié)議來滿足歐盟消減汽車CO2排放要求。1998年3月簽訂的ACEA （Association des Constructeurs Européens d’Automobiles）協(xié)議是一個集體承諾，即歐盟汽車生產(chǎn)廠商協(xié)會及它的成員承諾自愿消減在歐盟銷售的汽車CO2排放。該協(xié)議建立了整個汽車工業(yè)在歐盟銷售新汽車的平均排放目標(biāo)。協(xié)議規(guī)定到2008年，在歐盟銷售的新汽車要達(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）汽車燃油經(jīng)濟性計算方法是，從成批生產(chǎn)的車輛中隨機抽取3輛，進行CO、HC和CO2測定試驗，將測得的污染物代入碳平衡公式，求得燃油經(jīng)濟性數(shù)值。測試循環(huán)由4個市區(qū)運轉(zhuǎn)循環(huán)和一個市郊運轉(zhuǎn)循環(huán)組成[4]（圖3），且試驗車輛要在試驗前行駛3 000～15 000 km進行磨合。試驗時應(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，在計算燃料消耗量時采用此固定的氫碳比。

歐盟汽車經(jīng)濟性計算方法[4]如下：

式中，對于汽油車 K′=SG/0.115 4，對于柴油車 K′=SG/0.115 5，SG為燃油的實測密度。

2． 3 日本汽車燃油經(jīng)濟性計算方法

日本政府1999年提出了汽油機和柴油機汽車燃油經(jīng)濟性標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)限值基于按質(zhì)量分類的平均燃油經(jīng)濟性數(shù)值，即汽車必須達(dá)到它們各自所屬質(zhì)量級別對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。在其質(zhì)量段范圍內(nèi)采用CAFE方法，即某一汽車廠在某一質(zhì)量段內(nèi)銷售的汽車，只要各車型加權(quán)油耗總和滿足該質(zhì)量段的限值要求即可。

日本汽車燃油經(jīng)濟性測試方法[4]是，試驗車輛應(yīng)在底盤測功機上進行預(yù)熱，并以恒速60±2 km/h運行15 min后，測量冷卻液和潤滑油溫度；然后再運行5 min后，運行15工況一次和怠速24 s；隨后，連續(xù)運行 10工況 （圖 4）3次和 15工況（圖5）1次。在第一個15工況的終點開始將排氣取入定容取樣器中，于最后一個15工況末了終止。

日本汽車燃油經(jīng)濟性計算方法[4]如下：

式中，對于汽油車，K″=649；對于柴油車，K″=735。

3 美國、歐盟、日本汽車燃油經(jīng)濟性的換算

美國和日本的測試循環(huán)相同，但經(jīng)濟性計算方法不同，歐盟與美國、日本的測試循環(huán)和計算方法完全不同。另外，各國的燃料成分、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

美國汽車燃油經(jīng)濟性FEA的單位為mpg，而歐盟（中國）燃油經(jīng)濟性的單位為L/100 km，在不考慮試驗循環(huán)等因素時的公式為；

1 mpg=1.609 344 km/3.785 411 78 L，則：

3． 2 美國、日本汽車燃油經(jīng)濟性與歐盟（中國）汽車燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)的換算

3.2.1 美國汽車燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)換算為歐盟（中國）汽車燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)

根據(jù)美國專家介紹[4]，由于美國和歐盟（中國）的試驗規(guī)程不同，將美國的FEA轉(zhuǎn)換為歐盟（中國）汽車燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)時，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)濟性數(shù)據(jù)換算為歐盟（中國）的燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)

日本自動車工業(yè)會推薦的乘用車燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)換算公式是[4]：

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

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

按式（10）換算了8種豐田車型的燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)后，得知換算結(jié)果是比較接近實測值的。

從圖6可看出，在百公里油耗為13 L時，式（9）和式（10）的差為 1.305 3，偏差 10.04%。而日本汽車的百公里油耗在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 汽車燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)換算為CO2排放值

在測得或計算得到汽車燃油經(jīng)濟性數(shù)據(jù)（L/100km）后，再乘以23.25 L/km，得到該車型的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。對于 L/100 km，則為 2 325/100=23.25）。

4 汽車燃油經(jīng)濟性法規(guī)的等效結(jié)果與分析

將美國采用的 CAFE 1997～2007 年、2011～2025年的汽車燃油經(jīng)濟性限值，以及日本采用10－15工況2000年后的汽車燃油經(jīng)濟性限值[6]，通過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CO2排放限值進行了比較（圖7）。

從圖7可以看出：

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

b. 美國汽車燃油經(jīng)濟性在2010年以后開始大幅度提高，在2025年左右將和日本汽車經(jīng)濟性基本相同。

c. 中國汽車燃油經(jīng)濟性在2015年以后也將大幅改善。

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

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

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

3 孫路訓(xùn).汽車燃油標(biāo)準(zhǔn)促進美國車企技術(shù)提升.汽車商業(yè)評論，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.