汽车油耗标准及技术法规的现状状与发展一.美国汽车油耗法规1973 年中东石油危机之后,世界石油价格飞涨,美国相当一部分的石油是从中东进口的,燃油价也受到重大影响美国每个家庭平均都有 1~2 辆轿车,油价与美国人民的生活息息相关于是,1975 年美国政府在能源保护法和能源政策的基础上制订了 1978~1985 年控制汽车燃油消耗量的法规,在此期间,每年平均要求降低 6%~7%的油耗这项法规迫使各汽车厂大幅度降低其汽车产品的燃油消耗量,以减少美国人民的燃油支出、缓解石油资源枯竭的矛盾和提高美国能源的安全性但在上世纪末,随着石油危机的缓和,美国的油价下降,油耗已不再成为美国人民关心的焦点,于是油耗法规的性质已部分转化成为控制二氧化碳的手段美国油耗法规控制的是轿车和轻型货车对于中重型货车,他们认为基本属于运营性的,油耗占运营成本的比例较大,车主非常关心其车辆的燃油消耗量,因此这部分车辆的油耗可以通过市场竞争加以解决,政府只需引导,不必干预此外,中重型货车在设计和设置上所达到的功能与轿车完全不同,配置基本类似的车辆,它们的装载能力可能在一个较大范围内变化,它们的驱动桥和传动系的能力有的可以在恶劣条件下牵引和拖挂重负荷,有的车辆需要在较为恶劣的运行工况下取得较长的寿命和较好的可靠性,因此很难确定一个合理的油耗限值。
美国油耗法规控制的是所谓‘公司平均燃油经济性’ (CAFE—Corporate Average Fuel Economy) ,以英里/加仑为单位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,乘以该型车辆的燃油经济性,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表 1 是美国联邦法规(CFR)第 49 分册第 531 和 533 部分规定的轿车和轻型货车的 CAFE 限值从表 1 可见,1986-1989 年轿车的燃油经济性不但没有提高,反有所降低,而从 1990 年至今,燃油经济性一直维持在 27.5 英里/加仑的(8.55 升/100 千米)水平轻型货车的燃油经济性在 1996-2004 年的 9 年期间维持在 20.7 英里/加仑(11.36 升/100 千米)水平,没有继续提高,上世纪末和本世纪初,美国政府讨论了提高多用途运动车(Sport-Utility Vehicles,SUV) (如吉普和皮卡)和微型厢式货车(Minivans)的燃料经济性SUV 车型目前在美国的年销售量与轿车接近,但在归类上属于轻型货车,可是很多用户都把它当作轿车使用,行驶在上下班的车流中。
一种意见是将它们的 3 燃料经济性提高到 23.7 英里/加仑(9.92 升/100 千米) ,也有人提议提高到轿车水平,即 27.5 英里/加仑2003 年 4 月美国议会通过决议,轻型货车的限值从 2005 年起逐步加严,2005 年为 21.2 英里/加仑(11.10 升/100 千米) ,2006 年为 21.7 英里/加仑(10.84 升/100 千米),2007 年为 22.2 英里/加仑(10.60 升/100 千米) CAFE 办法对于个汽车制造厂来说,他可以生产燃油经济性差于平均限值的车型,只要他同时生产一些燃油经济性优于平均限值的车型,使得该厂的总平均燃油经济性不超标即可因此,为了满足油耗法规的规定,各个汽车厂纷纷开发小排量低油耗的轿车,大量淘汰装用大排量高油耗 V-8 发动机的轿车和轻型货车装 V-8 发动机的车辆,从 1975 年占 60%下降到 1995 年的 11%表 2 是 2002 年美国通用汽车公司在国内出售的部分轿车实例:从表 2 中可以看出,一部分车的燃油经济性较好,一部分超标,但只要 CAFE 值不超标即可可是对于豪华汽车和高动力性能的车辆,如果经计算的燃油经济性,劣于某一数值[目前为10.45 升/100 千米)],则根据其相差的程度,在出售时,要向买主一次性征收每辆车$1 000~7 700 的税款,这种税称为油老虎税(Gas Guzzler Tax) 。
表 3 为 1980 年至目前的 CAFE 限值和油老虎税的起征点,表 4 为当前燃油经济性与油老虎税的关系:如果制造厂不能满足 CAFE 限值的要求,将被处以罚款对于轿车,每差 0.1 英里/加仑,要处罚本年该制造厂在美国销售的轿车总数乘以$5.5自从实施 CAFE 以来,在美国销售轿车的制造厂由于超限值被处罚的金额已超过 5 亿美圆,然而还没有一家美国和亚洲汽车厂因 CAFE 指标超标而受罚此外,美国政府对轻型货车有一个“前三年和后三年” (3 Year Carry-forward and 3 Year Carry-back)的通融办法,即:如果制造厂某一年的 CAFE 值超标,可以拿前三年中的 CAFE 富裕量 (Credits) 来抵消,而某一年的 CAFE 富裕量,则可用来填补后三年中的超标量这些富裕量还可以在汽车制造厂之间买卖除此之外,每辆新车都必须在车窗上贴上燃油经济性的标签(见图 1 示例) ,此燃油经济性是将在底盘测功机上通过测量排放的含碳组分,用碳平衡法计算得到的燃油经济性,再乘以调节因子(城市油耗乘 0.9,公路油耗乘 0.78)算得的燃油经济性美国能源部和环保局每年还出版一本燃油经济性指导手册(Fuel Economy Guide,见图 2) ,记载了各种新车型的经调节的燃油经济性。
这些措施都是引导客户在购车时进行选择CAFE 的最大好处是,政府可以从整体上控制汽车消耗的燃油,又不妨碍各个汽车厂生产不同燃油经济性的汽车但是由于美国油价相对较低,美国大部分客户在购买汽车时并不关注油耗的高低,因此制造厂需要在满足市场需求的同时符合 CAFE 的限值此外,CAFE 对于生产品种少的制造厂并不适用自从 1974 以来,美国轿车的燃油经济性改善了一倍以上,其中 CAFE 的实施起着重要作用世界环保大会后,当时的美国总统与各大汽车厂商讨,提出了一个目标,要求各汽车制造厂到 2004 年开发出一种车型,其燃油经济性达到 80 英里 /加仑(2.94 升/100 千米) 这是一个 10 年研究课题目标,而不是 CAFE 限值随着美国总统的更换,此目标已被淡化,目前的重点已转至开发混合动力车和燃料电池车美国燃油经济性的测定是结合排放测试进行的,即采用城市行驶循环(City Driving Cycle) (FTP-75) (见图 3)和公路行驶循环(Highway Driving Cycle) (见图 4) ,分别测定每种车型的排气排放物,将其中的 HC、CO 和 CO2 排放量代入碳平衡公式(根据每加仑燃油中碳原子数量与排气排放物中碳原子数量相平衡的原理导出的公式)中,得到该车型以英里/加仑表示的城市行驶燃油经济性 CFE 和公路行驶燃油经济性 HFE。
美国采用自我认证制度实施汽车的燃油经济性法规,即每种车型的认证试验都由制造厂自己进行,然后将试验结果报环保局(EPA) ,再由 EPA 报运输部进行管理EPA 有权对试验结果进行复查,判断合格与否,以复查数据为准在这种制度刚实行时,复查率几乎达到 100%,现在已经很少了,约在 10%左右对于燃油经济性结果的报送分三个阶段进行汽车厂在每个车型年开始前,根据该年度各车型的预期销售量和各车型的实测燃油经济性,报送该厂燃油经济性的‘车型年预期报告’ (Pre-Model-Year Report) ;在车型年中期,根据上半年实际销售量及下半年预期销售量,报送该厂燃油经济性的‘车型年中期报告’(Mid-Model-Year Report) ;在车型年结束时,根据该年度的实际销售量,报送该厂燃油经济性的‘车型年最终报告’ (Final-Model-Year Report) ‘车型年最终报告’中的数据,是判定该厂是否符合 CAFE 限值要求的根据对生产一致性的控制,加州要求凡出售到加州的车型,由制造厂自己抽查 2%的下线车,并将结果每季报送加州政府这种抽查称为:质量抽查试验(Quality Audit Test) 。
由于抽查费用很贵,每辆车大约需要$2 000,所以各汽车厂最近与加州政府达成协议,改为抽查在用车,抽查率为每一百万辆大约十辆,只要抽查的在用车都合格,就没有必要再抽查下线车在用车的抽查也由各汽车厂负责进行汽车厂自己进行认证试验,自己进行抽查试验,自己进行在用车的抽查,这是美国自我认证制度的特点联邦政府对汽车厂的生产一致性采用不定期下线抽查的方式进行,称为强制抽查(Selective Enforcement Audit) 这是在 EPA 代表的监督下,随机抽查 足 够 数 量 的 下 线 汽 车 产 品 , 只 要 所 抽 查 的 这 批 车 中 有 60%以 上 合 格(AQL=40%) ,即可认为通过抽查对于年计划销售量少于 15 万辆的车型,抽查次数每年一次,超过 15 万辆的,不超过年销售量的 1/30 万次需要说明的是,对生产一致性的抽查是结合排放抽查进行的,而燃油经济 8 性的控制是针对汽车厂一年的生产而言的,因此每次抽查并不能判定燃油经济性是否合格,只有综合一年的数据才能做出判断二、欧洲汽车油耗法规欧洲汽车由欧洲经济委员会(ECE)的法规(Regulation)和欧洲经济共同体(EEC)(即后来的欧盟 EC)的指令(Directive)加以控制。
法规是 ECE 参与国根据协议自愿采用相互认可的,指令则是要求 EEC(EC)参与国强制执行并相互认可的ECE 法规一般均有 EEC(EC)指令相对应,它们在技术内容上相同,但实施日期有差别欧洲直到目前还没有控制汽车油耗的限值法规1980 年 EEC 颁布了关于燃油消耗量的指令—80/1268/EEC,1989 年、1993 年和 1999 年经过 89/451/EEC、93/116/EC 和 1999/100/EC 等指令的修订,现在全称为“关于机动车的二氧化碳排放物和燃油消耗量” ,其中只有试验方法,没有限值1990 年 ECE 颁布了油耗法规—ECE-R84,1991 年修订过,全称为“装有内燃机的轿车的燃油消耗量测量” 为了使油耗法规的试验方法与排放法规的试验方法相一致,ECE 颁布了与欧Ⅰ排放法规试验方法一致的 ECE-R101 油耗法规1998 年为了与即将实施的欧Ⅲ排放法规相一致,在第 2 次修订本的基础上进行了第 2 次增补此法规的全称为“装有内燃机的轿车的二氧化碳排放量和燃油消耗量测量” 很明确这些油耗法规的内容都是测量方法表 5 是欧洲汽车燃油消耗量试验方法法规和指令的对照,以及相对应的排放法规或指令:虽然如此,这些试验方法的法规和指令仍然采取型式认证的方式确定车型的型式认证值。
其根据是汽车制造厂申报的二氧化碳排放量(以克/千米为单位)和燃油消耗量(以升/100 千米为单位) ,如果经检测机构测定的二氧化碳排放量和燃油消耗量不超过申报值的 4%,则以申报值作为型式认证值如果测定值超过 4%,则在该车辆上进行另一次测定,如果两次测定值的平均值不超过申报值的 4%,仍将申报值作为型式认证值,否则进行第三次测定,并将三次测定值的平均值作为型式认证值此型式认证值将作为‘生产一致性’检查和‘型式认证扩展’的依据1、 按 ECE R84 法规或 80/1268/EEC、89/491/EEC 指令的型式认证这是 1992 年前欧洲的型式认证,只确定燃油耗它的试验方法包括模拟市区工况循试验(见图 5) ,以及 90km/h 和 120km/h 等速试验① 模拟市区工况试验模拟市区工况试验是在底盘测功机和成套分析仪上进行的,试验条件与排放试验相同试验时,车辆至少已行驶 3 000 公里,使用‘欧洲润滑油和燃油协调理事会’ (CEC)规定的基准燃料模拟市区工况试验所采。