汽车油耗控制与碳排放——从《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》新政看控制碳排放

沈文卓

汽车油耗控制与碳排放
——从《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》新政看控制碳排放

沈文卓

(德尔福（上海）动力推进系统有限公司，上海200131)

通过试验室计算油耗的方法，说明油耗与二氧化碳的相互关系，探讨控制油耗对减少我国碳排放量的重要作用。

汽车；油耗；碳排放；排放测试

全球碳排放的问题日渐受到各国重视，继《京都议定书》后，联合国气候变化大会再次展开《哥本哈根协议》的制定，目的是商讨后续方案，为应对未来气候变化寻求一个全球行动方案。为此，人们对碳排放影响较大的行业尤为关注，其中包括正在蓬勃发展的汽车行业，因此汽车用燃料消耗量也成为重要关注点。虽然汽车行业并非碳排放量最大的产业，但是最新颁布的《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》仍旧显示出了我国政府对于减少二氧化碳排放、保护全球环境的决心。

1 政策新内容

1.1 新旧政策对比

为进一步减少乘用车燃料消耗量，对其制定相应的限值及评价方法和指标甚为重要。因此我国国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会于2014年12月22日正式公布了最新《乘用车燃料消耗量限值》GB19578-2014和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》GB27999-2014。其中，要求我国乘用车新车平均燃料消耗量水平在2020年下降至5 L/100 km左右，对比GB27999-2011的7 L/100 km，进一步降低了乘用车燃料消耗水平，也进一步控制了我国乘用车的二氧化碳排放量。对此，笔者取三排以下座椅车型的几项燃料消耗量目标值进行新旧对比，见表1：

表1 我国具有三排以下座椅的乘用车车型燃料消耗量目标值（2011版与2014版对比[1-2]）

与2011年发布的乘用车燃料消耗量限值相比较，新政策乘用车限值随车辆整备质量的增加，油耗目标值降低幅度也随之增加，整车整备质量小于750 kg的车型降低20%，大于1430 kg小于1540 kg的车型降低45%，大于2510 kg的车型降低了近60%，足可见我国政府对油耗监控的力度，大幅减少我国乘用车燃料消耗量。

1.2 新政策的灵活度

相对于严格的目标值，2016～2019年期间，新规给予企业高于目标值相应的灵活度，具体如表2：

表2 企业平均燃料消耗量要求[3]

2 二氧化碳与油耗的相互关系

2.1 试验室油耗计算方法

汽车排放试验在测量各尾气排放量的同时，也测算油耗。计算油耗的常用方法为碳平衡法。所谓碳平衡法就是根据质量守恒定律，汽柴油经过发动机燃烧后，排气中碳质量总和与燃烧前燃油中的碳质量总和相等。

通过汽车发动机在燃油燃烧前和燃烧后的碳质量平衡，即可计算出汽车的燃油消耗量。汽柴油燃烧排放过程中，释放出大量尾气，其中含碳（C）气体有碳氢（HC），一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。试验室通过采集整个尾气排放过程中HC，CO和CO2的排放总量，计算出含C总量，从而得到该汽车的油耗量。

2.2 碳平衡计算公式

其中ρ＝燃油密度

0.1154 =燃油中碳分子的质量比

0.866 =C分子在HC中的所占含量比，即12 /(1.86+12)=0.8658

0.429 =C分子在CO中所占含量比，即12/ (12+16)=0.42857

0.273 =C分子在CO2中所占含量比，即12/ (12+162)=0.273

2.3 测试方法

汽车排放试验中，测试车被固定在专用测试转毂上，测试汽车根据排放循环曲线开始运行。排放循环曲线选取国家第四阶段汽车排放污染物测试循环来完成，排放测试过程共1180 s，由4个城区循环和1个郊区循环组成。每个城区循环耗时195 s，郊区循环400 s。汽车运行过程中，使用采集袋收集得到汽车在整个排放循环中释放的尾气量，根据各尾气中的含C量计算出汽车燃油消耗值。表3中列出了普通1.6 L汽油轿车尾气排放采集值。

表3 汽油轿车尾气排放值

通过碳平衡法计算可得燃油消耗值：

2.4 测试结果

表4列举出各尾气排放值与燃油消耗量的对应关系。

表4 汽车排放与燃油消耗量的关系

由表4可以看出，普通1.6 L汽油轿车的THC与CO2的排放比为0.00023；CO与CO2的排放比为0.0026。

所有含C气体中，HC和CO的含量与CO2相比非常低，这是由于现代汽油机采用的电控汽油喷射和三元催化转换器能较好地控制HC和CO的排放。因此，尾气中CO2的浓度对燃油消耗量的推算起决定性作用。

2.5 结论

由此可见，试验室运用碳平衡法计算时，HC和CO虽然参与计算，但由于排放量小，其影响几乎可以忽略不计。燃油中的C燃烧后基本都转化成CO2，燃油和CO2的含碳量几乎为1:1。

反之同样成立，即燃油消耗量的高低也关系到CO2排放量的多少。这就是我们通过油耗来监控CO2排放量，并使用节油手段来达到降低CO2排放的目的。

3 计算二氧化碳排放减少量

3.1 汽车销量统计数据

工信部发布2014年全年汽车工业经济运行情况。数据显示，去年我国累计生产汽车2372.29万辆，同比增长7.3%，销售汽车2349.19万辆，同比增长6.9%，产销量保持世界第一。根据这项统计，通过一个简单的计算，就可以反映出我国机动车每年每公里可以减少的二氧化碳排放量。

3.2 排放量计算

根据目前实行的《第三阶段乘用车燃料消耗量评价方法及指标》，到2015年，全国平均乘用车燃油消耗量将降为7 L/100 km左右，对应二氧化碳放约为167 g/km，从2012到2014年企业燃料消耗量将分别给予高于车型油耗目标值9%、6%、3%的灵活性，可得2014年全国平均乘用车二氧化碳排放量约为：

E1=2.37×107×167×103%＝4．08×109g/km

根据此次《乘用车燃料消耗量限值》新规“我国乘用车新车平均燃料消耗量水平在2020年下降至5 L/100 km左右，对应二氧化碳排放约为120 g/km”，且2016年企业平均燃料消耗量可高于目标值，具体为≤134%，则

E2=2.37×107×120×134%＝3．81×109g/km

机动车数量不变的前提下，根据新规每公里二氧化碳可减少：

ΔE=E1-E2=4.08×109-3.81×109＝2．7×108g/km

即按照新规，我国机动车可以减少总量约为270 t/km的二氧化碳排放量。以我国乘用车年均里程10000 km来计算，则可减少270万t的二氧化碳排放。

3.3 小结

据全球碳计划（Global Carbon Project）公布的2013年全球碳排放数据显示，2013年全球人类的碳排放量达到了创纪录的360亿t。其中排放量最大的国家为中国，占总量的29%；其次是美国占15%，欧洲占10%以及印度占7.1%。全球平均的人均二氧化碳排放量为5 t，中国超过欧洲的人均6.8 t，达到了7.2 t[3]。

根据以上数据，我国乘用车每年减少的二氧化碳排放量相当于我国37.5万人年均二氧化碳排放量。且我国目前汽车产量持续增长趋势明显，二氧化碳减少量将更为惊人。

4 二氧化碳的危害及防治

4.1 二氧化碳的危害

二氧化碳过多最直接的危害是温室效应。二氧化碳会阻碍地球向宇宙空间释放热量，即地球上产生的热量被二氧化碳阻挡，无法向外辐射，导致能量不平衡，地球表面过热，最终引发旱涝灾害，冰山融化，海平面上升及至城市陆地被淹。所以控制大气中的二氧化碳含量，减少二氧化碳排放刻不容缓。

4.2 二氧化碳的防治措施

为减少二氧化碳排放，必须加强对排放的监管，其中包括对汽车燃料排放的监管。最有效的监管方法就是通过控制汽车燃料使用限值来减少二氧化碳的排放。

我国2004年10月发布的《乘用车燃料消耗量限值》，是我国控制汽车燃油消耗量的第一个强制性标准，该标准明显压低了我国乘用车的平均燃油消耗；《限值》施行后，2006年与2002年相比，新车的全国平均燃料消耗量从2002年的9.11 L/100 km，下降为8.06 L/100 km，乘用车燃料消耗量平均下降了11.5%。到2015年，全国平均乘用车燃油消耗量降为7 L左右。而早在2007年，欧洲国家的油耗标准就已达到7.05 L/100 km；同年日本的数据为5.04 L/100 km。仅就油耗控制上，我国依然落后于世界各国轿车的平均油耗水平。

5 节能减耗新举措

为了配合全球范围节能减排的要求，汽车厂商开发了多种为汽车节油的方案。除目前常用的VVT技术外，较为新颖的还有可变凸轮轴相位调节机构（VCP）、HCCI发动机、停缸技术（Cylinder Deactivation）、混合动力等。这些方案主要由燃烧优化、热管理和电管理三个方面入手以改进汽车的油耗量，从而进一步减少碳排放量，为维护生态环境持续努力。

[1]GB27999-2014，乘用车燃料消耗量评价方法及指标[S].

[2]GB27999-2011，乘用车燃料消耗量评价方法及指标[S].

[3]GB27999-2014，乘用车燃料消耗量评价方法及指标[S].

[4]Matt McGrath.China's per capita carbon emissions overtake EU's[N/OL].BBC News,New York,2014-09-21 [2015-03-18]http://www.bbc.com/news/science-environment-29239194.

The Relation between Vehicle Fuel Consumption and Carbon Emission

SHEN Wen-zhuo
(Delphi(Shanghai)Dynamic&Propulsion System Company,Shanghai 200131,China)

This paper described the relation between fuel consumption and CO2by introducing a mathematic method of fuel consumption calculation in lab,aiming to tell us how important the stricter fuel consumption policy effects on reducing carbon emission.

vehicle;fuel consumption;carbon emission;emission test

1006-4184（2015）5-0048-04

2015-03-30

沈文卓（1982-），女，上海人，同济大学机械工程及自动化专业毕业，从事汽车零部件测试工作。

E-mail:tomboy1113@163．com。