汽車燃料經(jīng)濟性評價方法的比較＊

鄧植譯，謝靜，蒲文先，姚磊

（四川華新現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院應(yīng)用技術(shù)系，四川 成都 610107）

1 美國燃料經(jīng)濟性評價標準

美國制定了世界上第一部強制性汽車燃料消耗量法規(guī)。1970年代中期，中東石油危機爆發(fā)，美國從能源安全的角度考慮，1975年為應(yīng)對阿拉伯石油危機，美國國會通過了平均燃料經(jīng)濟性法案CAFE（Corporate Average Fuel Economy），以消減對進口石油的依靠。美國的燃料消耗量法規(guī)主要是針對乘用車，制定出了企業(yè)平均燃料經(jīng)濟性的評價方法。汽車生產(chǎn)廠在某一年度生產(chǎn)的所有乘用車的平均燃料經(jīng)濟性，應(yīng)該滿足當年相應(yīng)的 CAFE限值要求，如表 1所示。施行的CAFE標準，把美國的轎車平均燃料經(jīng)濟性提高一倍。燃料經(jīng)濟性標準為美國的燃料每年節(jié)省650億加侖，僅2001年就節(jié)約了2億噸原油和1000億美元費用。如果沒有企業(yè)平均燃料經(jīng)濟性法案，美國的空氣污染物排放量每年將增加12%。

美國汽車公司所生產(chǎn)的客車的平均燃料消耗數(shù)據(jù)，可以通過這些測試的結(jié)果計算得出。這個辦法計算出的燃料經(jīng)濟性必須達到或超過公司平均燃料經(jīng)濟性標準。從 1978年開始，CAFE標準也實施到乘用卡車上。

此外，美國最近還將啟動PNGV（Partnership for a New Generation of Vehicle）的遠期目標。而所謂PNGV的遠期目標是開發(fā)新一代中型家庭轎車，這種車限載6人并可以搭載重200磅的行李，能提供足夠日常使用的加速度，絕對滿足安全和排放的標準，而且零部件可回收率達到驚人的80%，最重要的是其燃料經(jīng)濟性可以達到80mpg，還能擁有如當前汽車同樣的行駛范圍、安全性和舒適性。

表1 美國乘用車CAFE限值要求

PNGV認為，只有在這種汽車的出售價格和使用價格都不高于目前汽車價格水平，美國消費者才會考慮購買它。這是美國的汽油價格相對較低導(dǎo)致的，低的燃料價格使人們不會為了先進的燃料經(jīng)濟性提高的技術(shù)來買賬，這樣他們購車成本無疑會提高。但是當全球燃料即將耗盡，新能源開發(fā)尚未成熟的情況進一步加深時，這種新的概念開始逐漸給人們留下深刻的印象。如果PNGV有更好的技術(shù)支持實現(xiàn)其目標輕而易舉。美國的通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司的生產(chǎn)廠商目前都在致力于開發(fā)高行駛里程的汽車，并在不久的將來展示給大家。政府投資的試驗室也將繼續(xù)參與這項高風險的合作研究。

最近，根據(jù)美國能源信息署預(yù)測，未來10年內(nèi)，如果沒有其它舉措的話，美國乘用車的燃料經(jīng)濟性將只能緩步提高。在2000年時，美國能源信息署預(yù)測未來燃料經(jīng)濟性的發(fā)展情況，其預(yù)測值，如表2所示。

表2 燃料經(jīng)濟性預(yù)測值

這些預(yù)測都將暗示出，如果國家政策不改變，特別是如果能源價格和汽車價格不調(diào)整，人們對待燃料經(jīng)濟性的認識還不會太強烈，這樣就會使未來其他國家的汽車燃料經(jīng)濟性超過美國。為了不至于落后，美國國會和能源信息署一致認為需要開展研究工作，制定行動方案，這項工作主要由美國國家科學(xué)院負責完成。

美國EPA要求由城市循環(huán)工況UDDS（Urban Dynamome-ter Driving Schedule）和高速路循環(huán)工況HWFET（Highway Fuel Economy Test）的燃料經(jīng)濟性，來合成綜合的燃料經(jīng)濟性評價指標，可以計算出綜合燃料經(jīng)濟性[1]。

美國CAFE試驗的運轉(zhuǎn)循環(huán)主要有城市運轉(zhuǎn)循環(huán)和高速路運轉(zhuǎn)循環(huán)。然后這兩部分合成綜合的CAFE運轉(zhuǎn)循環(huán)，在計算時所占的比例分別是55%和45%。

通過分析得出，美國高速公路循環(huán)工況的最高速度較低，平均行駛速度也較低，與車輛的實際循環(huán)工況有很大的差異性，還有在模擬時并沒有考慮其他影響因素，例如天氣、交通擁堵引起的車輛低速行駛等。

美國燃料經(jīng)濟性評價標準是從 CAFE開始的，到現(xiàn)在PNGV的遠期目標，每一個制定出來的標準都是為了有更好的燃料經(jīng)濟性。在實際試驗中，將工況又分為乘用車工況和商用車工況以及重型車輛工況。

2 歐洲燃料經(jīng)濟性評價標準

歐洲的燃料排放也有一定特點，主要體現(xiàn)在客車排放的CO2大約占交通工具排放 CO2的 50%，占 CO2總排放量的12%。這種狀態(tài)還將繼續(xù)維持，到 2011年為止，汽車 CO2的排放量已經(jīng)是1991年CO2排放水平的1.45倍，這樣的話，平均每輛中型汽車每年要排放近3噸的CO2。近年來，隨著歐盟越來越重視CO2溫室效應(yīng)問題，僅有為數(shù)不多的幾個部門CO2排放量仍在增長，而這其中，公路交通部門CO2排放量的持續(xù)增長顯得尤為突出。來自英國的一項政府報告指出，在幾個燃料消耗較多的部門中，公路交通部門的燃耗增長的最為迅猛，在瘋狂增長的同時，近二三十年來，燃料的消耗效率并沒有獲得提升。公路交通的燃料消耗量已經(jīng)比 1970年時增長了近90%，幾乎為總能耗的四分之一。

面對CO2排量持續(xù)增長且燃料使用效率低等問題，為了減少新型客車CO2的排量，歐洲制定了一項自愿協(xié)議：所有的機動車在2008年要達到140gCO2/km的目標，新歐洲測試循環(huán)（Directive 93/116/EU）作為其測試方式。這要比 1996年的平均排放水平的180g/km減少24%。而美國聯(lián)合城市和高速公路測試循環(huán)得到燃料經(jīng)濟性都比這個測試循環(huán)的要高，一旦目標實現(xiàn)，歐洲的汽車燃料經(jīng)濟性水平將高于美國。

值得一提的是，140gCO2/km的排放的標準并非針對某一個公司的，而是每個大的集團都要按照這個標準來執(zhí)行。這其中承諾履行該協(xié)議的公司囊括了歐洲大多數(shù)一線制造廠商。這些一線的汽車公司都還沒有公布他們的設(shè)計及改進計劃，但可以確定的是，早在他們簽署此協(xié)議之前，他們已經(jīng)通過內(nèi)部討論得到了這個目標的可行性結(jié)果，所以最后落實計劃應(yīng)該不會出現(xiàn)太大的問題。此外，對于該協(xié)議還有一些說明：a）此協(xié)議主要針對乘用客車，即在93/116/ECE中定義的M1類車型；b）協(xié)議中明確的規(guī)定了如何實現(xiàn)計劃，到2003年推出 CO2排放水平為 165～170g/km（相當于 34～35 mpg）的車型；c）在2003年，將評述履行情況，120g/km的CO2排放水平計劃到2012年實現(xiàn)；d）經(jīng)協(xié)商歐洲汽車生產(chǎn)商聯(lián)合會同意和歐洲經(jīng)濟委員會一起監(jiān)督協(xié)議的履行情況。

汽車行業(yè)要求歐洲經(jīng)濟委員會做到以下幾點，來作為它們實現(xiàn)2008年減排CO2的交換條件：a）清潔燃料：汽車行業(yè)認為實現(xiàn)目標需要發(fā)動機直噴技術(shù)。協(xié)議要求在2005年發(fā)動機直噴技術(shù)所必須的清潔燃料全面進入市場，要求汽油的含硫量等于或小于30ppm、芳香烴小于30%、柴油的含硫量低于30ppm、十六烷值高于或等于58等；b）反對不公平競爭：歐共體必須同意去說服其他國家的汽車公司來執(zhí)行此協(xié)議，非歐洲汽車生產(chǎn)商聯(lián)合會成員必須承諾履行相同的標準。而且為了歐洲的利益，歐共體要保護歐洲汽車生產(chǎn)商聯(lián)合會成員使他們避免在市場競爭中受到損失。韓國汽車生產(chǎn)商聯(lián)合會和日本汽車生產(chǎn)商聯(lián)合會目前都已經(jīng)同意修訂歐洲汽車生產(chǎn)商聯(lián)合會的目標，并聲稱計劃于2009年達到歐洲汽車生產(chǎn)商聯(lián)合會2008年的標準。

歐洲經(jīng)濟委員會規(guī)定，混合百公里燃料消耗量由三部分組成，具體循環(huán)工況和各自所占的比例，如表3所示。

表3 混合百公里燃料消耗量

歐洲排放測試和燃料消耗量的測定是結(jié)合在一起的。歐洲使用的是 ECE+EUDC工況。它可以分為兩部分具體數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 ECE+EUDC具體循環(huán)工況

用于在底盤測功機上認證乘用車排放的DEC，在歐洲又稱為MVGE-A。它包括市內(nèi)ECE-15工況、城郊EUDC工況或城郊低功率車 EUDCL（Extra Urban Driving Cyele Lowpower）工況，而ECE-15運轉(zhuǎn)循環(huán)又包括四個城區(qū)運轉(zhuǎn)循環(huán)。更加嚴格控制車輛排放（考核發(fā)動機冷啟動排放）的是歐洲M/W排放法規(guī)則，排放采樣和運轉(zhuǎn)循環(huán)同步，采用完整的運轉(zhuǎn)循環(huán)，并稱之為新歐洲運轉(zhuǎn)循環(huán) NEDC（New European Driving Cycle）。其持續(xù)時間為1220s，平均速度為32.12km/h，最大加速度1.06 m/s2。能源消耗（或排放）方面是用模態(tài)循環(huán)，可能造成測試結(jié)果有些不同的是因為變速條件的不同。歐洲ECER15所采用的運轉(zhuǎn)循環(huán)，對于手動擋和自動擋的汽車就考慮了速度的不同，該工況的行駛距離分別為4.06km和3.98km；平均速度為18.7km/h和18.4km/h。

歐洲由于開發(fā)新型動力車輛的需要，也開展了許多工況的研究，最著名的成果之一就是 Modem-hyzem行駛工況，它包含了城市循環(huán)、市城郊循環(huán)和高速循環(huán)。此項研究成果是在1997年后完成的，各種研究已經(jīng)廣泛采用，但官方至今還沒有采用[2]。

歐洲的運轉(zhuǎn)循環(huán)工況是由若干等加速、等減速、等速和怠速工況組成。1970年，制定了模擬市內(nèi)道路行使的城市工況；1992年增加了反映城郊高速公路行駛狀況的城郊工況，這就使得歐洲的汽車運轉(zhuǎn)循環(huán)工況更加完善和實用。

3 日本燃料經(jīng)濟性評價標準

日本為乘用汽油車、柴油載客車、貨運汽車等不同重量級汽車制定了一系列燃料經(jīng)濟性標準?！皌op runner”是日本車選擇燃料經(jīng)濟性目標的方法，即首先認定在每個重量級中具有“最優(yōu)”燃料經(jīng)濟性的汽車，然后以此水準制定出本重量級汽車的燃料經(jīng)濟性標準，新生產(chǎn)的汽車必須達到該標準?！皌op runners”法理論上不依賴于技術(shù)，因為技術(shù)已經(jīng)存在，但在實際中，這些標準的實現(xiàn)是需要技術(shù)的，除非“top runners”的所有其它性能都是本重量級里最優(yōu)的。

和大多數(shù)國家一樣，日本也是采用百公里燃料消耗量來評價汽車的燃料經(jīng)濟性，是日本10-15工況下完成其燃料消耗量試驗。日本原有的10工況改進成現(xiàn)行的10-15工況，并增加了怠速工況的運轉(zhuǎn)時間和高速行駛工況。

1992年，10-15工況法在日本本國生產(chǎn)的汽車中執(zhí)行[3]，1993年，10-15工況法在進口車中執(zhí)行。實際上10-15工況是由10工況和新的15工況組合而成。由于10工況法不能反映高速行駛狀態(tài)，加上15工況增加的怠速工況運轉(zhuǎn)時間，又追加了高速行駛工況，才構(gòu)成所謂的10-15工況法[4,5]。

日本工況與歐洲行駛工況類似也屬于模態(tài)工況。10-15模式循環(huán)、11模式循環(huán)和13模式循環(huán)三種循環(huán)，組成了日本的試驗循環(huán)。日本一直采用10工況到1976年，用以模擬城市的運轉(zhuǎn)循環(huán)，重復(fù)6次，對后5次取樣，即所謂熱啟動。從1991年11月開始，日本采用比較完善的10-15工況。其實10-15工況的研究工作在日本一直沒有停止，現(xiàn)在仍在持續(xù)和深入，遺憾的是Japan10-15工況并沒有成為國際工況。日本堅持自己的工況（世界其他各國不是采用歐洲工況就是采用美國工況），是由于該工況和歐洲、美國的認證行駛工況體系是相通的。

4 我國燃料經(jīng)濟性評價標準

從1980年代初開始，我國汽車行業(yè)開始制定汽車燃料消耗量標準，初期主要是制定和頒布了測定各類車輛燃料消耗量的試驗方法標準以及各類車輛的行業(yè)性燃料消耗量的限值標準。

現(xiàn)在我國石油進口量逐年增加，影響了我國石油能源的安全性，對于環(huán)境也造成了極大的污染。從2000年開始，面對日益增長的交通燃料需求壓力，政府開始考慮機動車燃料消耗標準等級政策措施，控制機動車燃料消費，維護國家能源安全，并確保中國擁有較為先進的汽車制造技術(shù)，提高中國汽車工業(yè)的產(chǎn)業(yè)競爭能力。經(jīng)過幾年的努力，主要完成了《乘用汽車燃料消耗量試驗方法》和《乘用車燃料消耗量限值》兩項標準規(guī)定。GB/T19233-2003《乘用汽車燃料消耗量試驗方法》標準已經(jīng)于2003年12月1日發(fā)布實施。

在 2005年，實施了第一階段乘用車燃料消耗量限值，2008年實施了第二階段乘用車燃料消耗量限值，預(yù)計實行第一階段限值后，乘用乘用車新出廠車輛的燃料消耗量水平將比現(xiàn)在降低5%～10%，到第二階段時能比現(xiàn)在降低15%左右。現(xiàn)在最新的標準是2014年制定的GB19578-2014《乘用車燃料消耗量限值》[6]。該標準采用重量分組，強制性最高限值的標準形式，即不同車型的燃料消耗量同其車重掛鉤，在一定重量段內(nèi)，任何一種車型都必須滿足標準的要求。另外，標準對普通手動轎車和其他驅(qū)動形式，自動擋以及越野車等其他車型設(shè)置了兩組不同的標準限值，對其他車輛的標準相對于普通手動轎車寬松6%。

據(jù)大致估計，如果該標準得到全面的實施，2030年當年可以省8500萬噸油，相當于2002年石油總的進口水平，并相當于減少5600萬輛汽車一年的燃料消耗量。與歐洲、日本相比，目前我國汽車的平均燃料消耗量還是很高。當然為了降低對石油的消耗，降低CO2等空氣污染物的排放以及提升中國汽車的國際競爭力。還需要進一步的提高標準。

和歐洲、日本一樣，我國也是通過百公里燃料消耗量作為評價指標的。我國使用的行駛工況是參照歐洲的新歐洲行駛工況循環(huán)來制定的。我國實行的 《乘用車燃料消耗量試驗方法》和《商用車燃料消耗量試驗方法》是由乘用車和商用車兩種類別的組成。其中運轉(zhuǎn)循環(huán)包括乘用車的城市運轉(zhuǎn)循環(huán)和城郊運轉(zhuǎn)循、90km/h、120km/h等速工況法、載貨汽車的六工況法等。

5 總結(jié)

本文以美國、歐洲、日本和我國的燃料經(jīng)濟性評價標準為依據(jù)，對汽車燃料經(jīng)濟性評價方法作了分析，并且各國根據(jù)自身的道路條件和交通情況的不同，不斷改進所制定出的燃料經(jīng)濟性標準，來適合于本國的交通運輸條件和保護不斷變化的自然環(huán)境。

參考文獻

[1] 余志生.汽車理論[J].北京:機械工業(yè)出版社.2006(05):40-72.

[2] 張富興.城市車輛行駛工況的研究[M].武漢理工大學(xué),2005(03): 22-27.

[3] 王岐動,賀克斌,姚志良等.中國城市機動車行駛工況研究[J].環(huán)境污染與防治.2007(10):745-748.

[4] 高磊.基于城市道路工況的汽車燃油消耗模型研究[M].吉林大學(xué),2007(05):25-50.

[5] 中國環(huán)境科學(xué)研究院.中國城市汽車行駛工況和污染物排放系數(shù)測定研究[R].國家環(huán)?？偩挚萍及l(fā)展計劃項目研究報告 96309,199.93.

[6] GB19578-2014乘用車燃油消耗量限值[S].1-3.