美国、欧盟、日本乘用车经济性法规的对比

姚 勇，邸敏艳

(河北师范大学，河北 石家庄50016)

随着近年来世界气候逐渐变暖，引起各种自然灾害的频繁发生，给人类的生存和发展带来巨大困难。根据联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovermental Panel on Climate Change，简称 IPCC)预计，自1990—2100年全球气温将升高1.4～5.8℃。目前的评估显示，如果京都议定书能被彻底执行，到2050年仅可以把气温的升幅减少0.02～0.28 ℃［1］。因此，世界各国政府对温室气体的排放开始采取更加严格的措施，鉴于汽车污染物排放的数量巨大，尤其加大了对汽车污染物排放的限制。目前，世界汽车污染物的排放法规主要有欧盟、美国和日本3大体系，这些国家不仅在汽车的研发、制造领域居世界领先水平，而且在汽车相关法规的制定上也代表着未来的发展方向，其他国家和地区大都参照执行这些法规(表1)。由于这些法规在结构、形式及测试方法上各不相同，不能直接进行比较。这给世界各地汽车经济性标准的比较带来了极大的挑战［2］。笔者结合3大经济性法规的特点，寻找一个近似的比较方法，从而使这些法规可以互相换算。

表1 世界主要国家和地区机动车燃油经济性标准［1］Tab.1 Fuel consumption standards for motor vehicles of major countries and regions［1］

1 世界主要国家乘用车油耗计算方法

1.1 美国乘用车燃油消耗计算方法［3］

美国燃油经济性的测定是结合排放测试进行的，即采用城市道路行驶循环(图1)和高速公路行驶循环(图2)［4］，分别测定每种车型的排放物，将测得的HC、CO和CO2排放量代入碳平衡公式中，得到该车型以“英里/加仑”表示的城市道路行驶燃油经济性CFE和高速公路行驶燃油经济性HFE。

综合的平均燃油经济性CAFE(Corporate Average Fuel Economy)包括55%的城市道路行驶循环和45%高速公路行驶循环。美国油耗法规控制的是综合CAFE，即每个制造厂每年销售的各型轿车或轻型货车，以其所占总销售量的百分比作为加权系数，乘以该型车辆的综合的CAFE，再将各车型的加权燃油经济性总加起来，得到该厂的总平均燃油经济性值，此值应满足法规限值的要求。美国轿车的燃油经济性限值目前是27.5英里/加仑。计算方法如下［4］:

对于汽油汽车，碳平衡公式为:

对于柴油汽车，碳平衡公式为:

式(1)、式(2)中:CFE为城市道路行驶燃油经济性，英里/加仑;HFE为高速公路行驶燃油经济性，英里/加仑;CWF为汽油中碳质量的百分比，%;SG为汽油的实测比重，g/mL;NHV为汽油的实测低热值，BTU/Pl;HC、CO和CO2的单位均为g/mile。

将求得的CFE和HFE代入公式(3)，求出该车型的燃油经济性FE［5］，单位为英里/加仑:

这种测定需要在2～3辆车上进行，取其平均数。

根据美国40CFR600规定，城市燃油经济性的调节因子为0.9，公路的燃油经济性的调节因子为0.78，则:

式中:FEA为经调节后得到的燃油经济性值，英里/加仑;CFEA为经调节后的城市循环燃油经济性值;HFEA为经调节后的公路循环燃油经济性值。

1.2 欧洲(中国)汽车燃油消耗限定计算方法

目前，欧洲汽车工业与欧盟委员会达成的自愿协议来消减乘用车CO2排放。1998年3月签订的ACEA(Association des Constructeurs Européens d’Automobiles)协议是一个集体承诺，欧洲汽车生产厂商协会及它的成员承诺自愿消减在欧盟销售的机动车CO2排放率。特别是这个协议建立了整个汽车工业在欧洲销售的新机动车的平均排放目标。协议规定，到2008年，在欧洲销售的新机动车要达到CO2排放140 g/km的平均目标，现在该协议延伸到2012年的 CO2排放目标为120 g/km［3］，到2020年降为95 g/km。方法是，从成批生产的车辆中随机抽取3辆，进行CO、HC和CO2测定试验。将测得的污染物代入碳平衡公式，求得燃油消耗量。测试循环由4个市区运转循环和一个市郊运转循环(图3)组成，试验的车辆在试验前行驶 3 000～15 000 km进行磨合。试验时应使用规定的基准燃料，汽油的氢碳比固定为1.85，柴油为1.86，在计算燃料消耗量时采用此固定的氢碳比。

图3 欧洲试验循环［4］Fig.3 New Europe drive cycle［4］

中国汽车油耗强制性国家标准 GB 19578—2004《乘用车燃料消耗量限值》于2004年10月29日颁布。第1阶段的执行日期为2006年7月1日。从2008年1月1日起，乘用车新定型车型的燃料消耗量将执行第2阶段限值标准，乘用车在产车型则从2009年1月1日起执行第2阶段限值标准［6］。在测量上基本执行欧盟标准。欧盟的乘用车经济性计算方法如式(5)［4］:

式中:FE为车辆燃油经济性，L/(100 km);K为燃料系数，汽油车:K=SG/0.115 4，柴油车 K=SG/0.115 5(SG 为燃油的实测比重，g/mL);HC、CO 和CO2以g/km表示。

1.3 日本轻型乘用车和商用车燃油经济性计算方法

日本政府1999年提出了汽油和柴油驱动的轻型乘用车和商用车的燃油经济性标准，标准限值基于按重量分类的平均燃油经济性，机动车必须达到它们各自所属重量级别对应的标准要求。在其质量段范围内采用CAFE方法，即某一汽车厂在某一质量段内销售的汽车，只要各车型的加权油耗的总和满足该质量段的限值要求即可。根据日本政府的说明，2010年日本乘用车的车队平均燃油经济性为15.1 km/L(35.5 英里/加仑)。

如图4、图5，试验车辆应在底盘测功机上进行预热，以恒速(60±2)km/h运行15 min，测量冷却液和润滑油温度。再运行5 min，并运行15工况1次和怠速24 s。随后，连续运行10工况3次和15工况1次。在第1个15工况的终点开始将排气取入定容取样器中，于最后一个15工况末了终止。计算测得的HC、CO和CO2排放量。其经济性的计算方法如式(6)［4］:

式中:FE为车辆燃油经济性，km/L;K为燃料系数，汽油车:K=649，柴油车:K=735;其他符号意义同式(5)。

2 美国、欧盟、日本测试工况的换算

可以看出，美国、欧盟、日本测试工况在结构、形式以及测试方法有很大不同。另外，各国的燃料成分、添加剂、气候、地理环境等存在差异。笔者介绍一种通用的只考虑主要因素的比较方法。

2.1 单位不同的换算

美国汽车油耗FEA的单位为英里/加仑，在不考虑试验规程时换算至欧洲或我国油耗单位，1英里/加仑 =1.609 344 km/(3.785 411 78 L)，所以:

2.2 美国、日本的燃油经济性与欧洲或中国的燃料消耗量的换算

2.2.1 美国的燃油经济性换算为欧洲(中国)的燃料消耗量——计算式法

根据美国专家介绍，由于美国和欧洲(中国)的试验规程不同，将美国的FEA转换为欧洲或中国的燃油耗时，需要先将FEA乘以0.86，式(4)是美国的燃油经济性的计算公式，因此，将式(4)换算至欧洲或中国油耗单位的公式为:

2.2.2 日本的燃油经济性换算为欧洲(中国)的燃料消耗量

日本自工会推荐的乘用车换算公式是［4］:式中:Y为欧洲或中国的燃料消耗量，L/(100 km);X为按日本10-15工况测量和计算得到的燃油经济性，km/L。

日本丰田公司推荐的乘用车换算公式是［4］:按公式(10)换算8种丰田车型的燃油经济性，得到的燃料消耗量，比较接近实测值(图6)。

图6 日本自工会换算式与丰田公司换算式对比Fig.6 Conversion from the Japanese-style union-type compared with that of TMC

从图6可以看出，在100 km油耗13 L时，式(9)和式(10)的差为 1.305 3，偏差 10.04%。当100 km油耗大于13 L，偏差增大。日本乘用车的100 km油耗在4.74～12.8 L之间，平均100 km 油耗6.6 L，在这区间偏差不大。

2.2.3 将美国、日本的燃油经济性换算为欧洲(中国)的燃料消耗量转换因子法

通常来说，测试工况的平均速度与对应的燃油经济性正相关。从表2看出，美国综合CAFE工况平均速度为48 km/h。欧盟NEDC工况的平均速度约33.64 km/h。日本工况的平均速度约23.82 km/h［7］。经计算，将欧洲测试工况得到的燃油经济性指标转换为基于美国CAFE工况的燃油经济性指标需要乘一个转换因子1.13;将日本工况下测试得到的燃油经济性指标转换为美国CAFE工况下数值，需要乘转换因子1.35。这些转换因子应用于英国VTA(Vehicle Type Approval)公布的26种汽油车和50多种柴油车试验数据中［8］，得到较好的验证。

表2 美国、欧盟、日本测试工况比较Tab.2 Comparison of test conditions of U.S.，EU，Japan

3 西方国家汽车经济性法规的等效结果与分析

将美国采用的CAFE工况，和日本采用的10-15工况，在通过上述方法换算成欧洲NEDC工况下的限值后，进行比较(见图7)。从图中看出，世界3大经济性法规体系中，日本乘用车的经济规范最为严格，欧盟次之，美国最为宽松。

图7 2002—2020年中国、美国、欧盟和日本新型客车温室气体排放Fig.7 Greenhouse gas emissions of new passenger cars of China，U.S.，EU and Japan during 2002－2020

4 结语

1)现在绝大多数汽车的燃料是汽油或柴油，在分析时汽油和柴油转换成CO2的转换因子可以作为常数来使用。在欧盟和日本的车辆燃油经济性计算式(5)和式(6)中K就是这样。

2)在欧盟、日本和美国的车辆燃油经济性控制法规中，由于控制指标不同，试验测试循环不同，很难进行比较。通过换算成CO2的排放量，再根据测试循环的差异，使用转换因子完成转换。使各国车辆燃油经济性可以比较。

3)由于车辆燃油经济性控制法规中，没有对燃料种类作出规定，所以这些法规鼓励了柴油车的发展。

由于各国的燃料添加剂不同，气候环境不同，所以完全等同的换算仍需做大量的试验分析，本文只是提供了一个近似的方法。

［1］FENG An.Passenger Vehicle Greenhouse Gas and Fuel Economy Standards［M/OL］.Washington D.C.，USA:International Council on Clean Transportation，2008［2010-09-01］.http://www.Theicct.org.

［2］Ford D R，Mazyar Zeinali.Test Cycles Uesed To Evaluate Vehicle Efficiency［R/OL］.Washington D.C.，USA:International Council on Clean Transportation，2011［2011-03-01］.http://www.Theicct.org.

［3］孙路训.汽车燃油标准促进美国车企技术提升［R/OL］.北京:搜狐公司，2009［2010-10-11］.http://www.auto.sohu.com.

［4］许拔民.汽车油耗标准及技术法规的现状与发展［J］.汽车标准化，2005(10/11):53-58.XU Ba-min.Automobile fuel standards and technical regulations of the current situation and development［J］.Auto Standardization，2005(10/11):53-58.

［5］International Council on Clean Transportation.ICCT technical vehicle efficiency handout［M/OL］Washington D.C.，USA:International Council on Clean Transportation2010［2011-01-05］.http://www.Theicct.org.

［6］GB 19578—2004乘用车燃料消耗量限值［S］.北京:中国标准出版社，2005.

［7］Bandivadekar A.Review of Fuel Economy/GHG Standard Worldwide［R/OL］.Washington D.C.，USA:International Council on Clean Transportation，2008［2011-03-01］.http://www.theicct.org.

［8］Markwick P.Searchabl Database:Vehicle Certification Agency［R/OL］.Bristol.BS5 6XX.，UK:Department for Transport，2010［2011-03-01］.http://www.vca.gov.uk.