世界主要汽车燃油经济性测试循环的对比研究＊

姚 勇

（河北师范大学）

1 世界主要国家和地区汽车燃油经济性限值和测试循环

联合国气候变化专门委员会（Intergovermental Panel on Climate Change）预计，从 1990 年～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，而鉴于汽车污染物排放数量大，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，其他国家和地区大多参照执行这些测试循环和经济性限值[1，2]（表1）。由于这些经济性限值单位及测试方法上各不相同，不能直接进行比较，这给比较世界各地汽车经济性标准带来了极大的挑战[3]。本文结合3大经济性法规的特点，寻找出了一个近似比较方法。

表1 世界主要国家和地区汽车燃油经济性限值和测试循环

2 世界主要汽车燃油经济性计算方法

2． 1 美国汽车燃油经济性计算方法

美国燃油经济性的测定在城市行驶循环[4]（图1）和高速公路行驶循环[4]（图2）下，分别测定每种车型的排放物，并将测得的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（mpg）表示的城市行驶燃油经济性（CFE）和高速公路行驶燃油经济性（HFE）。

美国城市行驶循环总试验时间为1 877 s，总试验里程约为11.1 mile，平均车速为19.68 mile/h（31.67 km/h），最高车速为 56.7 mile/h（91.2 km/h）。美国公路行驶循环总试验时间=765 s+15 s（总速）+765 s（取样）=1 545 s，总试验里程为 20.44 mile，平均车速为48.1 mile/h（77.4 km/h），最高车速为59.9 mile/h（96.4 km/h）。综合CAFE测试包括55%的城市道路行驶循环和45%高速公路行驶循环，通过综合CAFE测试可计算出该车型综合的CAFE指标。美国油耗法规控制的是“公司平均燃油经济性”。美国汽车的燃油经济性限值目前是27.5 mpg，到2025年美国燃油经济性限值为49.6 mpg，其计算方法如下。

对于汽油机汽车，碳平衡公式为：

式中，CWF为汽油中碳质量分数；SG为汽油的实测密度；NHV为汽油的实测低热值。

对于柴油机汽车，碳平衡公式[4]为：

然后将求得的CFE和HFE代入下列公式，求出该车型的综合燃油经济性[5]（FE）：

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

式中，FEA为调节后的燃油经济性数值[5]。

2． 2 欧盟（中国）汽车燃油经济性计算方法

目前，欧洲汽车生产厂商协会与欧盟委员会达成自愿协议来满足欧盟消减汽车CO2排放要求。1998年3月签订的ACEA （Association des Constructeurs Européens d’Automobiles）协议是一个集体承诺，即欧盟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汽车CO2排放。该协议建立了整个汽车工业在欧盟销售新汽车的平均排放目标。协议规定到2008年，在欧盟销售的新汽车要达到CO2排放为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[2]，到2020年CO2排放目标降为95 g/km。

欧盟（中国）汽车燃油经济性计算方法是，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，求得燃油经济性数值。测试循环由4个市区运转循环和一个市郊运转循环组成[4]（图3），且试验车辆要在试验前行驶3 000～15 000 km进行磨合。试验时应使用规定的基准燃料，即汽油的氢碳比固定为1.85，柴油氢碳比固定为1.86，在计算燃料消耗量时采用此固定的氢碳比。

欧盟汽车经济性计算方法[4]如下：

式中，对于汽油车 K′=SG/0.115 4，对于柴油车 K′=SG/0.115 5，SG为燃油的实测密度。

2． 3 日本汽车燃油经济性计算方法

日本政府1999年提出了汽油机和柴油机汽车燃油经济性标准，其标准限值基于按质量分类的平均燃油经济性数值，即汽车必须达到它们各自所属质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，只要各车型加权油耗总和满足该质量段的限值要求即可。

日本汽车燃油经济性测试方法[4]是，试验车辆应在底盘测功机上进行预热，并以恒速60±2 km/h运行15 min后，测量冷却液和润滑油温度；然后再运行5 min后，运行15工况一次和怠速24 s；随后，连续运行 10工况 （图 4）3次和 15工况（图5）1次。在第一个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。

日本汽车燃油经济性计算方法[4]如下：

式中，对于汽油车，K″=649；对于柴油车，K″=735。

3 美国、欧盟、日本汽车燃油经济性的换算

美国和日本的测试循环相同，但经济性计算方法不同，欧盟与美国、日本的测试循环和计算方法完全不同。另外，各国的燃料成分、添加剂、气候、地理环境等存在差异，文中只考虑主要因素，介绍一种通用的比较方法。

3． 1 不同单位的换算

美国汽车燃油经济性FEA的单位为mpg，而欧盟（中国）燃油经济性的单位为L/100 km，在不考虑试验循环等因素时的公式为；

1 mpg=1.609 344 km/3.785 411 78 L，则：

3． 2 美国、日本汽车燃油经济性与欧盟（中国）汽车燃油经济性数据的换算

3.2.1 美国汽车燃油经济性数据换算为欧盟（中国）汽车燃油经济性数据

根据美国专家介绍[4]，由于美国和欧盟（中国）的试验规程不同，将美国的FEA转换为欧盟（中国）汽车燃油经济性数据时，需要将FEA乘以0.86。因此，将式（4）转换为：

3.2.2 日本的燃油经济性数据换算为欧盟（中国）的燃油经济性数据

日本自动车工业会推荐的乘用车燃油经济性数据换算公式是[4]：

式中，Y为欧盟 （中国）燃油经济性数据；X为日本按10－15工况测量和计算得到的燃油经济性数据。

日本丰田公司推荐的燃油经济性数据换算公式是[4]：

按式（10）换算了8种丰田车型的燃油经济性数据后，得知换算结果是比较接近实测值的。

从图6可看出，在百公里油耗为13 L时，式（9）和式（10）的差为 1.305 3，偏差 10.04%。而日本汽车的百公里油耗在4.74～12.8 L之间，平均百公里油耗为6.6 L，从图6中可知，在这区间换算结果偏差不大。

3.2.3 汽车燃油经济性数据换算为CO2排放值

在测得或计算得到汽车燃油经济性数据（L/100km）后，再乘以23.25 L/km，得到该车型的CO2排放值 （1加仑汽油生成CO28 800 g，1加仑等于3.785 L，则 8 800/3.785=2 325 g/L。对于 L/100 km，则为 2 325/100=23.25）。

4 汽车燃油经济性法规的等效结果与分析

将美国采用的 CAFE 1997～2007 年、2011～2025年的汽车燃油经济性限值，以及日本采用10－15工况2000年后的汽车燃油经济性限值[6]，通过上述方法换算成欧盟NEDC工况下的CO2排放值后，并将它们和欧盟1998年后汽车CO2排放限值进行了比较（图7）。

从图7可以看出：

a. 世界3大经济性法规体系中，日本汽车的经济性规范目前最为严格，欧盟次之，美国最为宽松。

b. 美国汽车燃油经济性在2010年以后开始大幅度提高，在2025年左右将和日本汽车经济性基本相同。

c. 中国汽车燃油经济性在2015年以后也将大幅改善。

d. 2015年以后，欧盟汽车燃油经济性标准的提高速度将超过日本，成为世界最为严格的汽车经济性标准。

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

2 许拔民.汽车油耗标准及技术法规的现状与发展.汽车标准化， 2005（10）：53～58.

3 孙路训.汽车燃油标准促进美国车企技术提升.汽车商业评论，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乘用车燃料消耗量限值.

6 Austin D.`Climate－Change Policy and CO2Emissions from Passenger Vehicles.Washington D.C.USA International Council on Clean Transportation，2011.