《汽車燃油經(jīng)濟》PPT課件.pptVIP

汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,1,第二章 汽車燃油經(jīng)濟性,預備知識 汽車傳動系的功能、組成、構造及工作原理。 發(fā)動機的轉速特性。 汽車的動力性,中心思想 介紹燃油經(jīng)濟性評價指標、計算方法、影響因素以及新一代高效節(jié)能技術。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,2,引 言,問題 汽車排放的溫室氣體指什么？（CO2） 現(xiàn)今對汽車的要求越來越高？（石油資源、發(fā)動機排放的限制） 如何解決問題？（在保證動力性和安全性的前提下，節(jié)能、環(huán)保）,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,3,引 言,在保證動力性的條件下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟行駛的能力，稱作汽車的燃油經(jīng)濟性。 燃油經(jīng)濟性好，可以降低汽車的使用費用、減少同家對進口石油的依賴性、節(jié)省石油資源；同時降低了發(fā)動機產(chǎn)生的CO2(溫室效應氣體)的排放量，起到防止地球變暖的作用。 發(fā)動機的燃油消耗率與排放污染是有密切關系的，只能在保證排放達到有關法規(guī)要求的前提下來降低發(fā)動機的燃油消耗率，援高汽車的燃油經(jīng)濟性。 節(jié)約燃料、保護環(huán)境已成為全球關注的大事，汽車燃油經(jīng)濟性受到各國政府、汽車制造業(yè)與汽車使用者的重視。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,4,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,1、人們通常如何評價？中歐L/100km，美國MPG？ 2、常用的評價指標是什么（等速百公里燃油消耗量）？ 3、怎樣才能使得評價指標全面反映汽車的實際工況（綜合評價指標、典型的循環(huán)行駛工況）？ECE、EPA、China？ 4、市內測功器的循環(huán)行駛工況規(guī)范是怎樣制定的（車速時間行駛規(guī)范）？ 5、表2-1：P40 6、1997年，防止地球變暖的京都會議的主題是什么？（歐盟主張發(fā)達國家在2010年時，溫室氣體排放量比1990年要減少15）,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,5,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,汽車的燃油經(jīng)濟性常用一定運行工況下汽車行駛百公里的燃加消耗量或一定燃油量能使汽車行駛的里程來衡量。 在我國及歐洲，燃油經(jīng)濟性指標的單位為L/100Km，即行駛100km所消耗的燃油升數(shù)。其數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟性越差。 在美國 ，燃油經(jīng)濟性指標的單位為MPG或MileUSgal，指的是每加侖燃油能行駛的英里數(shù)。這個數(shù)字越大，汽車燃油經(jīng)濟性越好。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,6,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,等速行駛百公里燃油消耗量是常用的一種評價指標，指汽車在一定載荷(我國標準規(guī)定轎車為半載、貨車為滿載)下，以最高檔在水平良好路面上等速行駛100km的燃油消耗量。 常測出每隔30km/h或20km/h速度間隔的等速百公里燃油消耗量，然后在圖上連成曲線，稱為等速百公里燃油消耗量曲線，用它來評價汽車的燃油經(jīng)濟性，如圖2-1所示。 等速工況并沒有全面反映汽車的實際運行情況，持別是在市區(qū)行駛中頻繁出現(xiàn)的加速、減速、怠速停車等工況。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,7,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,8,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,圖2-2給出了聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會、美國及我國法定的測定燃油經(jīng)濟性的循環(huán)行駛工況圖。歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）規(guī)定，要測量車速為90km/h和120km/h的等速百公里燃油消耗里和按ECE-R.15循環(huán)工況的百公里燃油消耗量，并各取1/3相加作為混合百公里燃油消耗量來評定汽車燃油經(jīng)濟性。美國環(huán)境保護局(EPA)規(guī)定要測量城市循環(huán)工況（UDDS）及公路循環(huán)工況（HWFET）的燃油經(jīng)濟性（單位為每加侖燃油汽車行駛英里數(shù)mile/gal），并按下式計算綜合燃油經(jīng)濟性（單位：mile/gal）,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,9,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,10,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,循環(huán)工況規(guī)定了車速時間行駛規(guī)范，例如，何時換擋、何時制動以及行車的速度和加速度等數(shù)值。 因此，它在路上試驗比較困難，一般多規(guī)定在室內汽車底盤測功機(轉鼓試驗臺)上進行測試；而規(guī)定在路上進行試驗的循環(huán)工況均很簡單。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,11,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,12,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,自1973年發(fā)生世界石油危機后，各國十分重視節(jié)約燃油，不少國家制定了控制燃油消耗的法規(guī)。美國針對轎車制定了“公司平均燃油經(jīng)濟性標準”（簡稱為CAF）。CAFE是指一個公司全部銷售轎車的平均燃油經(jīng)濟性。若不能達到該標準，公司將被處以罰款。 圖2-3是CAFE值隨時間變化的曲線。到1989年，要求CAFE值為27.5mile/USgal（相當于10.27L/100km）。此后再沒有明確的規(guī)定。圖中1990年以后的陰影部分是美國議會討論中提出的數(shù)值范圍。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,13,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,14,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,我國原機械工業(yè)部于1984年發(fā)布了貨車與客車燃油消耗量限值標準。 在1997年防止地球變暖京都會議上，歐盟主張發(fā)達國家在2010年時，溫室氣體排放量比1990年要減少15。這必然要求汽車燃油消耗應有相應的降低。 有資料表明，到2005年或2010年時，歐洲轎車CO2排放量已規(guī)定為120g/km，相當?shù)娜加拖牧繎獮?.17L/100km（汽油機）和4.56L/100km(柴油機)。 現(xiàn)在世界各國正在研制21世紀新一代超經(jīng)濟型轎車， 其油耗指標接近于3L/100km。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,15,第一節(jié)結束！,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,16,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,在汽車設計與開發(fā)工作中，常需要根據(jù)發(fā)動機臺架試驗得到的萬有特性因與汽車功率平衡圖，對汽車燃油經(jīng)濟性進行估算。本節(jié)將介紹燃油經(jīng)濟性循環(huán)行駛試驗工況的各工況，如等速行駛、加速、減速和怠速停車等行駛工況的燃油消耗量計算方法。 注意：單位換算、運動學公式,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,17,1等速行駛工況燃油消耗量的計算,圖2-4給出了一汽油發(fā)動機的萬有特性曲線。在萬有特性圖上有等燃油消耗率曲線。根據(jù)這些曲線，可以確定發(fā)動機在一定轉速n、發(fā)出一定功率Pe時的燃油消耗率b。 為了便于進行計算，按照轉速n和車速ua的轉換關系在橫坐標上畫出汽車(最高檔)的行駛車速比例尺。此外，計算時還需要汽車在水平路面上等速行駛時，為克服滾動阻力與空氣阻力，發(fā)動機應提供的功率。 根據(jù)等速行駛車速ua及阻力功率P，在萬有特性圖上(利用插值法)可確定相應的燃泊消耗率b，從而計算出以該車速等速行駛時單位時間內的燃油消耗量（mL/s）為,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,18,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,19,1等速行駛工況燃油消耗量的計算,整個等速過程行經(jīng)s（m）行程的燃油消耗量（mL）為 折算成等速百公里燃泊消耗量（L/100km）為,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,20,2等加速行駛工況燃油消耗量的計算,在汽車加速行駛時，發(fā)動機還要提供為克服加速阻力所消耗的功率。 下面計算由ua1以等加速度加速行駛至ua2的燃油消耗量，參看圖2-5。把加速過程分隔為著干區(qū)間。例如按速度每增加1km/h為 一個小區(qū)間，每個區(qū)間的燃油消耗量可根據(jù)其平均的單位時間燃油消耗量與行駛時間之積來求得。各區(qū)間起始或終了車速對應時刻的單位時間燃油消耗量Q1（mL/s），可根據(jù)相應的發(fā)動機發(fā)出的功率與燃油消耗率求得,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,21,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,22,2等加速行駛工況燃油消耗量的計算,汽車行駛速度每增加1km/h所需時間（s）為 從行駛初速ua1加速至ua11km/h所需燃油量（mL）為 由車速ua11km/h再增加1km/h所需的燃油量（mL）為,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,23,2等加速行駛工況燃油消耗量的計算,依此，每個區(qū)間的燃油消耗量為 整個加速過程的燃油消耗量（mL）為 加速區(qū)段內汽車行駛的距離（m）為,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,24,3等減速行駛工況燃抽消耗量的計算,減速行駛時，油門松開(關至最小位置)并進行輕微制動，發(fā)動機處于強制怠速狀態(tài)，其油耗量即為正常怠速油耗。所以，減速工況燃油消耗量等于減速行駛時間與怠速油耗的乘積。減速時間（s）為 減速過程燃油消耗量（mL）為 減速區(qū)段內汽車行駛的距離（m）為,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,25,4怠速停車時的燃油消耗量,若怠速停車時間為ts（s），則燃油消耗量（mL）為,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,26,5整個循環(huán)工況的百公里燃油消耗量,對于由等速、等加速、等減速、怠速停車等行駛工況組成的循環(huán)，如ECE-R.15和我國貨車六工況法，其整個試驗循環(huán)的百公里燃油消耗量(L/100km)為 式中， 為所有過程油耗量之和（mL）； s 為整個循環(huán)的行駛距離（m）,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,27,第二節(jié)結束！,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,28,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,汽車等速百公里燃油消耗量為 由上式可知，等速百公里燃油消耗量正比于等速行駛時的行駛阻力與燃油消耗率，反比于傳動效率。 發(fā)功機的燃油消耗率，一方面取決于發(fā)動機的種類、設計制造水平；另一方面又與汽車行駛時發(fā)動機的負荷率有關。從萬有特性圖上可知發(fā)動機負荷率低時，b值顯著增大。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,29,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,當然，總的汽車燃油消耗還與加速、減速、制動、怠速停車等工況以及汽車附件（如空調）的使用有關。 圖2-6是一美國中型轎車在EPA城市和EPA公路循環(huán)工況中的燃油化學能與汽車各處消耗能量的平衡圖。由圖可以看出：汽車燃泊消耗除與行駛阻力(滾動阻力與空氣阻力)、發(fā)動機燃油消耗率以及傳動系效率有關之外，還與停車怠速油耗、汽車附件（空調等）消耗及制動能量損耗有關。在城市循環(huán)工況中，后三個因素的影響相當大，它們消耗的能量總計達燃油化學能的25.2。但傳統(tǒng)結構的汽車在這些方面尚未找到突破性的提高燃油經(jīng)濟性的措施。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,30,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,31,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 一、使用方面,1行駛車速 由圖2-1可以看出，汽車在接近于低速的中等車速時燃油消耗量Qs最低，高速時隨車速增加Qs迅速加大。這是因為在高速行駛時，雖然發(fā)動機的負荷率較高，但汽車的行駛阻力增加很多而導致百公里油耗增加的緣故。 2擋位選擇 在一定道路上，汽車用不同排擋行駛，燃油消耗量是不一樣的。顯然，在同一道路條件與車速下，雖然發(fā)動機發(fā)出的功率相同，但擋位越低，后備功率越大，發(fā)動機的負荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，而使用高擋時的情況則相反。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,32,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 一、使用方面,3掛車的應用 可提高運輸生產(chǎn)率和降低成本（如降低燃油消耗量）。 CA10B汽車經(jīng)常拖掛4.5、5t掛車，行駛于坡度小于8、最大坡度小于11的道路上，生產(chǎn)率可提高3050，油耗可降低2030（以100tkm計）。 拖帶掛車后，雖然汽車總的燃油消耗量增加了，但以100tkm計的油耗卻下降了，即分攤到每噸貨物上的油耗下降了。拖帶掛車，節(jié)省燃油的原因有兩個，一是帶掛車后阻力增加，發(fā)動機的負荷率增加，使燃油消耗率b下降；另一個原因是汽車列車的質量利用系數(shù)(即裝載質量與整車整備質量之比)較大。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,33,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 一、使用方面,4正確地保養(yǎng)與調整 汽車的調整與保養(yǎng)會影響到發(fā)動機的性能與汽車行駛阻力，所以對百公里油耗有相當影響。 一般駕駛員常用滑行距離來檢查底盤的技術狀況。當汽車的前輪定位正確，制動器摩擦片與制動鼓有正常的間隙，輪胎氣壓正常，各相對運動零部件滑磨表面光潔、間隙恰當并有充分的潤滑油時，底盤的行駛阻力減小，滑行距離便大大增加。阻力較小的裝載質量為2.5t的汽車，在良好水平道路上以30km/h的車速開始摘擋滑行，滑行距離應達200 250m。當滑行距離由200m增至250m時，油耗可降低7。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,34,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,35,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 二、汽車結構方面,1縮減轎車總尺寸和減輕質量 大型轎車費油的原因是大幅度地增加了滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力。為了保證高動力性而裝用的大排量發(fā)動機，行駛中負荷率低也是原因之一。 為了減輕質量，轎車選用材料中的鋁與復合材料的比例日益增加。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,36,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,37,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 二、汽車結構方面,2發(fā)動機 發(fā)動機的熱損失與機械損耗占燃油化學能的65左右。 （1）提高現(xiàn)有汽油發(fā)動機的熱效率與機械效率。 （2）擴大柴油發(fā)動機的應用范圍。 （3）增壓化（目前常提供選用的增壓汽油機，采用增壓的柴油機已很普遍）。 （4）廣泛采用電子計算機控制技術（目前各國電噴式汽油機的產(chǎn)量已達世界汽油機總產(chǎn)量的90左右）。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,38,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 二、汽車結構方面,3傳動系 傳動系的擋位增多后，增加了選用合適擋位使發(fā)動機處于經(jīng)濟工作狀況的機會。因此，近年來轎車手動變速器巳基本上采用5擋，也有采用6擋的。大型貨車有采用更多擋位的趨勢，如裝載質量為4t的五十鈴貨車裝用了7擋變速器。由專職駕駛員駕駛的重型汽車和牽引車，為了改善動力性和燃油經(jīng)濟性，變速器的擋位可多至1016個。 但不能為了提高性能而過多地增加有級式變速器的擋數(shù)，因為這將使傳動系過于復雜，而且也不便于操作選用。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,39,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 二、汽車結構方面,3傳動系 擋數(shù)無限的無級變速器，在任何條件下都提供了使發(fā)動機在最經(jīng)濟工況下工作的可能性；苦無級變速器始終能維持較高的機械效率，則汽車的燃油經(jīng)濟性將顯著提高。 注意：自動變速和無級變速的內容有專門的課程講授。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,40,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 二、汽車結構方面,4汽車外形與輪胎,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,41,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,42,第三節(jié)結束！,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,43,第四節(jié) 新一代高效率節(jié)能汽車的研究,1.原因 近年來，防止地球變暖、節(jié)約燃油、嚴格控制排氣污染，已成為國際社會極為關心的熱點議題。 有資料表明，查明的石油儲藏，按現(xiàn)在的開采速度，只夠世界使用50-60年；而有的環(huán)境學者則認為，當務之急是減少CO2的排放量，防止地球變暖。 要進一步改善汽車燃料化學能利用率，即提高汽車的效率。汽車的效率高，則油耗低、CO2排放量小。因此，當前汽車技術發(fā)展動向常概括為“高效率、低排放、性能優(yōu)、價格低”。其中的性能是指除去燃油經(jīng)濟性以外的其他各種性能。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,44,第四節(jié) 新一代高效率節(jié)能汽車的研究,2.PNGV 美國于1997年，在聯(lián)邦政府的支持下，成立了“新一代汽車伙伴關系” (Partnership for A New Generation of Vehicles)。PNGV是由政府有關機構、國家實驗室、大學、汽車協(xié)會、三大汽車公司及有關配套廠商參加，聯(lián)合開發(fā)研制美國新一代汽車的合作組織。PNGV的目標是要求三大公司在2004年提供新一代汽車的生產(chǎn)型樣車。樣車的基本要求是在當今典型轎車的價格與各方面性能的基礎上，將其按EPA循環(huán)工況測得的燃油經(jīng)濟性指標提高3倍，即提高到80mileUSgal（相當于3L/100km）。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,45,第四節(jié) 新一代高效率節(jié)能汽車的研究,2.PNGV 這三種基準轎車的特性參數(shù)大體上為：整備質量1500 kg，車寬1.85 m，發(fā)動機排量3 L，最大功率110kw。它們都是兩排6座中、高級轎車。顯然，研制的新一代轎車若不跳出傳統(tǒng)汽車所采用的材料、工藝與汽車結構的框架，要達到PNGV汽車計劃提出的80 mile/gal的指標是不可能的。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,46,第四節(jié) 新一代高效率節(jié)能汽車的研究,3.措施 這三種基準轎車的特性參數(shù)大體上為：整備質量1500 kg，車寬1.85 m，發(fā)動機排量3 L，最大功率110kw。它們都是兩排6座中、高級轎車。顯然，研制的新一代轎車若不跳出傳統(tǒng)汽車所采用的材料、工藝與汽車結構的框架，要達到PNGV汽車計劃提出的80 mile/gal的指標是不可能的。 為達到PNGV提出的目標，在技術策略上目前工程技術界較為一致的看法是：采用復合動力的電力驅動裝置、制動能耗回收利用裝置和大幅度降低汽車整備質量、滾動阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)及附屬設備能耗等。,汽車理論講義（第1版）,趙又群編著,47,第四節(jié) 新一代高效率節(jié)能汽車的研究,4. 復合動力電力驅動裝置效率高的原因 復合動力的電力驅動裝置是指熱力發(fā)動機或動力發(fā)電機組與典型電動汽車的電力驅動裝置（包含蓄電池與電動機等）組合在一起共同工作的驅動裝置。 （1）傳統(tǒng)汽車為了滿足急加速、很高車速行駛與快速上坡對驅動功率的要求，裝備的發(fā)動機的功率均相當大。這樣大的功率儲備主要是用于大加速度、更高的車速、坡道等行駛狀況。因此，在一般情況下，發(fā)動機節(jié)氣門開啟度小，負荷率低，相應的燃油消耗率高。