耿培林 李朝陽 陳 靜 鄭澤其 劉 樂

（1-中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司 天津 300300 2-南開大學）

引言

二氧化碳減排成為全球最為關注的議題，大部分國家宣稱到2050 年前實現(xiàn)碳中和。2020 年9 月22 日，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會上做出承諾，中國將采取更加有力的政策措施，碳排放力爭于2030 年前達峰，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和。CO2是傳統(tǒng)內燃機的主要排放物，碳達峰、碳中和的目標愿景，對內燃機行業(yè)提出了更為嚴苛的挑戰(zhàn)。對于內燃機而言，短期內應以提高熱效率（減碳）為目標，中長期應以燃用零碳或碳中性燃料為目標[1]。

現(xiàn)如今全世界的汽車保有量已突破10 億輛，其中的大部分為燃油汽車。傳統(tǒng)的燃油車存在能量利用率不足、排放污染較為嚴重等問題。如此大規(guī)模的汽車保有量造成的能源消耗及污染物排放是驚人的，因此針對汽車的節(jié)能減排研究已成為解決全球能源及環(huán)境問題的關鍵課題之一[2-3]。如何改善汽車能量來源，盡可能使用清潔能源并提升整車能量利用率迫在眉睫，新能源汽車應運而生并成為當今汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一[4]。

混合動力汽車不僅結合了燃油汽車能量密度高、配套基礎設施完備及電動車清潔高效的優(yōu)點，而且混合動力汽車無需大幅改動，僅在現(xiàn)有車型上進行改裝就可投入生產(chǎn)，易于實現(xiàn)的技術和更為經(jīng)濟的成本更易被普通大眾接受，因此發(fā)展混合動力汽車成為了新能源領域中較為流行的方案之一[5]。而混合動力汽車通常分為可插電和不可外接充電兩種類型，因此本文將選取三個具有代表性的車型：傳統(tǒng)汽車，可插電混合動力汽車以及不可插電混合動力汽車，在WLTC 工況下進行碳排放測試研究，綜合比較各個分速段不同車型的碳排放量，從而對混合動力汽車的節(jié)能減排效果有一個量化的概念。

1 試驗設備及方法

1.1 試驗設備

試驗用到的主要設備如表1 所示。所有車輛排放試驗均按GB 18352.6—2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）中Ⅰ型試驗的要求進行，測試循環(huán)由全球輕型車統(tǒng)一測試循環(huán)（WLTC）的低速段（Low），中速段（Medium），高速段（High）和超高速段（Extra High）四部分組成，持續(xù)時間共1 800 s。其中低速段的持續(xù)時間589 s，中速段的持續(xù)時間433 s，高速段的持續(xù)時間455 s，超高速段的持續(xù)時間323 s，工況曲線如圖1 所示。

圖1 WLTC 工況曲線

表1 試驗設備

1.2 試驗車輛

本文在WLTC 工況下，分別對傳統(tǒng)車和混合動力汽車進行的碳排放和燃料消耗量進行測試，其中碳排放為尾氣中的二氧化碳排放。傳統(tǒng)車分為多用途乘用車（SUV）與轎車，混合動力汽車分為不可插電混合動力SUV 和轎車以及可插電式混合動力SUV 和轎車。所用試驗設備如圖2 所示。

圖2 試驗設備連接示意圖

2 不同車型的碳排放分析

2021 年2 月份國家市場監(jiān)督管理總局、國家標準化管理委員會批準發(fā)布GB 19578—2021《乘用車燃料消耗量限值》，而此標準在同年7 月1 日起實施。2025 年之前，傳統(tǒng)能源乘用車、插電式混合動力電動乘用車試驗工況將由NEDC 切換為WLTC。而在此前發(fā)布的《乘用車燃料消耗量限值》征求意見稿中明確的是，汽油、柴油、兩用燃料及雙燃料車輛的燃料消耗量應按GB/T 19233、采用全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)（WLTC）進行測定?？赏饨映潆娂安豢赏饨映潆娛交旌蟿恿囕v的燃料消耗量應按GB/T 19753、采用全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)（WLTC）進行測定。WLTC 的測試方法分為低速、中速、高速與超高速四個部分，對應持續(xù)時間分別為589 s、433 s、455 s、323 s，對應最高車速分別為56.5 km/h、76.6 km/h、97.4 km/h、131.3 km/h，并且將車輛的滾動阻力、擋位、車重等因素都融入到了測試中。其主要目標是讓標準測試下的燃油消耗和排放估算與實際公路駕駛條件下的指標更接近。與NEDC 相比，WLTC 更加真實準確地反映了車輛的燃油消耗和排放估算，現(xiàn)在已經(jīng)被中國、日本和美國等國家所接受。與NEDC 標準相比，WLTC 標準更接近真實路況的行駛條件，該標準實施后，燃油車的油耗和電動車的續(xù)航里程，也更接近于實際駕駛油耗與續(xù)航里程。在NEDC 切換為WLTC 后，車型的續(xù)航里程標定無疑會較現(xiàn)階段有明顯的下降，而在一定程度上，車企虛標里程的問題也將受到打擊。

2.1 傳統(tǒng)車不同速度段的碳排放分析

本文將SUV 整備質量分為1 500～1 600 kg、1 600～1 700 kg、1 700～1 800 kg 和1 800～1 900 kg 四個區(qū)間，對其在WLTC 工況下的CO2排放量測試結果進行分析，如圖3 所示。將轎車整備質量分為1 400～1 500 kg、1 500～1 600 kg、1 600～1 700 kg、1 700～1 800 kg 和2 000～2 100 kg 五個區(qū)間，對其在WLTC工況下的CO2排放量測試結果進行分析，如圖4 所示。

圖3 傳統(tǒng)SUV 二氧化碳排放量測試

圖4 傳統(tǒng)轎車二氧化碳排放量測試

從圖3 和圖4 可以看出，傳統(tǒng)SUV 和轎車在低速段碳排放量最多，傳統(tǒng)SUV 的低速段碳排放量高于傳統(tǒng)轎車，具體分析如下：SUV 車型在四個整備質量段的低速段碳排放分別達到了235 g/km、243 g/km、273 g/km 和249 g/km，轎車在五個整備質量段的低速段碳排放分別達到了152 g/km、187 g/km、210 g/km、201 g/km 和187 g/km，以整備質量為1 700～1 800 kg的SUV 為例，高速段碳排放量比低速段下降達41.19%。

2.2 混合動力汽車不同速度分段的碳排放分析

本文將混合動力SUV 整備質量分為1 700～1 800 kg、1 800～1 900 kg、1 900～2 000 kg 和2 100～2 200 kg 四個區(qū)間，對其在WLTC 工況下的CO2排放量測試結果進行分析，如圖5 所示。將混合動力轎車整備質量分為1 400～1 500 kg、1 500～1 600 kg、1 600～1 700 kg、1 700～1 800 kg 和2 000～2 100 kg 五個區(qū)間，對其在WLTC 工況下的CO2排放量測試結果進行分析，如圖6 所示。

圖5 混合動力SUV 二氧化碳排放量測試

圖6 混合動力轎車二氧化碳排放量測試

從圖5 和圖6 可以看出，混合動力SUV 和轎車在超高速段碳排放量最多，其中混合動力SUV 在四個速度段的碳排放分別達到了168 g/km、174 g/km、164 g/km 和161 g/km，而混合動力轎車分別達到了137 g/km、136 g/km、135 g/km、161 g/km 和132 g/km，其中，整備質量為1 800～1 900 kg 的混合動力SUV在低速段比同等質量下超高速段下降92.29%。說明，對于新能源汽車中的混合動力汽車，在超高速段動力主要由發(fā)動機提供，電機基本不參與動力輸出。此外，無論是傳統(tǒng)車還是混合動力汽車，在各速度分段碳排放都呈正態(tài)分布，因此也說明車輛整備質量并不是CO2排放量的決定性因素。

2.3 相同整備質量下的碳排放綜合分析

2.1 與2.2 節(jié)展示了傳統(tǒng)車與混合動力汽車SUV 與轎車在不同整備質量下的碳排放結果。為了更直觀地展現(xiàn)傳統(tǒng)汽車與混合動力汽車之間的碳排放差異，本文分別選取相同整備質量區(qū)間下的SUV和轎車以及各自的不可插電混動和插電混動的碳排放，并進行比較分析，結果如圖7 和圖8 所示。

圖7 傳統(tǒng)與混合動力SUV 二氧化碳排放量測試

圖8 傳統(tǒng)與混合動力轎車二氧化碳排放量測試

從圖7 和圖8 可以看出，在任何速度分段，傳統(tǒng)車的碳排放量均高于混合動力汽車。其中，在低速段，傳統(tǒng)車與混合動力汽車的碳排放量的差異最明顯，傳統(tǒng)SUV 與傳統(tǒng)轎車更是達到274 g/km 和201 g/km 的碳排放量，而不可插電混合動力SUV 和不可插電轎車僅僅只有88 g/km 和63 g/km。低速段，可插電式混合動力汽車在碳排放這一方面表現(xiàn)得也不理想，無論是SUV 還是轎車均高于同等質量的不可插電汽車，可插電式轎車更是達到了99 g/km，不可插電轎車相較于它下降58.06%。

整體來看，對于SUV，插電式混合動力SUV 在中速段和高速段低于不可插電混合動力SUV，其中中速段差異較明顯，相比于不可插電混合動力SUV下降26.03%。相反對于轎車，可插電式混合動力轎車僅僅在超高速段的碳排放量達到130 g/km，略低于不可插電混合動力轎車的138 g/km，而在低速段，中速段，高速段分別達到99 g/km、103 g/km、98 g/km，不可插電混合動力轎車則比其下降了58.06%、8.77%、15.32%。綜合來看，同種車型的SUV 和轎車，相較于傳統(tǒng)車，不可插電混合動力汽車的碳排放量分別降低31.21%以及25.97%，而可插電混合動力汽車的碳排放量可分別降低33.42%，23.41%，混動車在SUV車型上的降碳減排效果更為明顯。混合動力汽車將會有效地響應“碳達峰”政策。

3 結論

1）傳統(tǒng)車的碳排放主要集中在低速階段，其碳排放量可以達到混動車的2～3 倍。因此，在城市道路上混合動力汽車明顯更能達到綠色減排的效果。

2）在超高速階段，傳統(tǒng)車與混合動力汽車碳排放量相差不大。對于SUV，三者的碳排放量分別是197 g/km、168 g/km、174 g/km，對于轎車，碳排放量差異更小，分別是149 g/km、138 g/km、130 g/km。因此，在城郊的高速道路上，混合動力汽車相比于同車型的傳統(tǒng)汽車減排效果并沒有很突出。

3）綜合來看，混合動力汽車具有很大的降碳效果。對于SUV 車輛，傳統(tǒng)、不可插電、可插電等三種技術路線車的碳排放量分別為191 g/km、133 g/km和127 g/km，其中可插電式混合動力汽車碳排放量最小，比傳統(tǒng)SUV 和不可插電混合動力SUV 下降33.42%、4.04%。而對于轎車，三種車型碳排放量分別為144 g/km、102 g/km 和110 g/km，其中不可插電混合動力汽車碳排放量最小，比傳統(tǒng)轎車和不可插電式混合動力轎車下降8.87%，6.93%。