第三章 汽車的經(jīng)濟性和排放性能.ppt

1、第三章 汽車的經(jīng)濟性和排放性能,同濟大學 汽車學院 朱西產(chǎn) 教授,汽車的燃油經(jīng)濟性,在保證動力性的前提下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟行駛的能力，稱為汽車的燃油經(jīng)濟性。,截止2006年底，我國已探明石油剩余經(jīng)濟可采儲量為20.43億噸，天然氣剩余經(jīng)濟可采儲量為24.49億m3。,中國石油的相當一部分依賴進口,自1993年開始，中國已成為石油凈進口國，且進口量逐年增加；石油對外依賴程度越來越大。2004年以來，中國的石油消費總量已經(jīng)超過日本，位居世界第二位，僅次于美國。,世界汽車工業(yè)發(fā)展永恒的主題是節(jié)能 環(huán)保 安全,節(jié)能減排，可以有效減少溫室氣體的排放。,1997年在防止地球變暖的京都會議上提出

2、京都議定書。,至2005年2月，全球已有141個國家和地區(qū)簽署該議定書。,2005年2月16日，京都議定書正式生效。這是人類歷史上首次以法規(guī)的形式限制溫室氣體排放。,哥本哈根世界氣候大會全稱聯(lián)合國氣候變化框架公約第15次締約方會議暨京都議定書第5次締約方會議，于2009年12月718日在丹麥首都哥本哈根召開。來自192個國家的談判代表召開峰會，商討京都議定書一期承諾到期后的后續(xù)方案，即2012年至2020年的全球減排協(xié)議。,“安全、環(huán)保、節(jié)能”技術將引導中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,汽車碰撞安全性要求 1999年頒布實施汽車正面碰撞安全性要求 2006年頒布實施了汽車側(cè)面碰撞、追尾碰撞安全性要求 200

3、7年開始推行C-NCAP評價 環(huán)保要求 2000年實施汽車污染物排放要求第一階段要求 2004年實施第二階段要求 2007年實施第三階段要求 2010年實施第四階段要求 預計2012年重型柴油汽車將實施第五階段要求 節(jié)能要求 GB19578-2004乘用車燃料消耗量限值 2005年7月1日實施第一階段要求 2008年1月1日 實施第二階段要求 預計2011年7月1日以后將實施第三階段乘用車燃料消耗量限制標準,中國政府對汽車排放治理力度很大,節(jié)能要求正在強化,更加嚴格的第三階段即將實施,2009年，中國汽車產(chǎn)銷分別為1379.10萬輛和1364.48萬輛，同比大增48%和46%，榮登全球汽車產(chǎn)銷

4、第一大國。面對迅速增長的石油資源需求，汽車工業(yè)的鼓勵政策也必須與油耗指標息息相關，低碳技術迅速鋪展便成了當務之急。 中國政府關于第三階段油耗限值從2012年開始為導入期，2012-2014年企業(yè)燃料消耗量將分別給予高于車型油耗目標值9%、6%、3%的靈活性，2015年及以后完全實施。 也就是說2012年以目標值的109%約束， 2013年以目標值的106%約束，2014年以目標值的103%約束， 直至2015年完全按照政策中規(guī)定的目標值約束,第三階段限值標準不再以單一車型為評價對象，而是參考美國公司平均燃料經(jīng)濟性法，將車企作為整體進行評價。第三階段標準制定的油耗限值比第二階段下降20%，到20

5、15年，全國平均乘用車燃油消耗量將降為7L/100km左右。,第三階段燃料消耗量,新標準的特點： 一是標準以滿足乘用車燃料消耗量限值第二階段作為最低要求； 二是以車型燃料消耗量目標值取代單車限值作為乘用車燃料消耗量的評價指標； 三是在實施策略上采取彈性做法。 引伸出三個新定義： 1、車型燃料消耗量。依據(jù)GB/T19233（輕型汽車燃料消耗量試驗方法）試驗、計算并確定的某車輛型號的綜合燃料消耗量型式認證值； 2、平均燃料消耗量。按產(chǎn)量加權計算得出的一組車輛的平均燃料消耗量； 3、企業(yè)平均燃料消耗量。某制造商在一年內(nèi)生產(chǎn)的所有乘用車車型燃料消耗量按當年生產(chǎn)量加權計算的平均燃料消耗量。,車型燃料消耗

6、量目標值的確定：本標準以企業(yè)作為標準評價的對象，在實施上也采用更加靈活的方式，不再要求每輛車都必須滿足標準要求，因此，本標準針對單車不再采用“限值”設定，而是從技術上可實現(xiàn)的角度，仍然以整車整備質(zhì)量為特征參數(shù)，為各個不同的質(zhì)量段分別設定車型燃料消耗量目標值。另外，對具有三排座椅或安裝有非手動檔變速器等因結(jié)構(gòu)和用途對燃料經(jīng)濟性造成不利影響的車輛，目標值要求相應放松5%。,企業(yè)平均燃料消耗量計算方法及評價指標,企業(yè)平均燃料消耗量（CAFC）：制造商在某年度的企業(yè)平均燃料消耗量應用制造商各車型的燃料消耗量與該年度各車型對應產(chǎn)量乘積之和除以制造商該年度乘用車總產(chǎn)量計算得出。 企業(yè)平均燃料消耗量目標值（

7、TCAFC）：制造商在某年度需要達到的企業(yè)平均燃料消耗量目標值應依據(jù)第4章規(guī)定的車型燃料消耗量目標值（即上頁表格中的目標值），用該制造商各車型燃料消耗量目標值與該年度各車型對應產(chǎn)量乘積之和除以制造商該年度乘用車總產(chǎn)量計算得出。 企業(yè)平均燃料消耗量要求：自2012年起，各制造商的企業(yè)平均燃料消耗量與企業(yè)平均燃料消耗量目標值的比值不應大于以下要求：1、2012年109%；2、2013年106%；3、2014年103%；4、2015年及以后100%。,第三章 汽車的經(jīng)濟性和排放性能,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,本節(jié)將介紹中國、歐洲及美國燃油經(jīng)濟性的評價指標。,美國燃油經(jīng)濟性評價指標：一定運行工

8、況下一定量燃油行駛的里程，單位為mile/USgal。,中國及歐洲燃油經(jīng)濟性評價指標：一定運行工況下百公里燃油消耗量，單位為L/100km 。,第三章 汽車的經(jīng)濟性和排放性能,思考：為什么要在一定運行工況下評價汽車的燃油經(jīng)濟性？,燃油經(jīng)濟性的評價指標,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,1.等速工況,寶來轎車等速油耗 1.8L 6.4M/7.0A/90km/h 8.5M/9.2A/120km/h 1.8T 6.1M/7.0A/ 90km/h 8.7M/9.2A/120km/h,注：M代表手動擋汽車； A代表自動擋汽車。,以L/100km計的1/3混合油耗為,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,2.

9、循環(huán)行駛試驗工況,1）歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,2）美國環(huán)境保護局（EPA）,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,3）中國相關規(guī)定,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,3）中國相關規(guī)定,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,一些車型的百公里油耗,（不同企業(yè)所給數(shù)據(jù)、運行工況不統(tǒng)一）,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,汽車燃油消耗量的小結(jié),排量大的車，油耗高； 自重大的車，油耗高； 城市油耗高于公路油耗； 自動擋汽車的油耗高于手動擋汽車的油耗。,思考：通過以上相關數(shù)據(jù)，可以得出哪些結(jié)論？,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,3.中國相關的

10、新標準,新開發(fā)車型，從2005年7月1日開始執(zhí)行第一階段限值要求，2008年1月1日起執(zhí)行第二階段限值要求。,在生產(chǎn)車型，從2006年7月1日開始執(zhí)行第一階段限值要求，2009年1月1日起執(zhí)行第二階段限值要求。,具體測量方法按照GB192332003輕型汽車燃料消耗量試驗方法進行。,標準規(guī)定在模擬城市和市郊的運轉(zhuǎn)循環(huán)下，用碳平衡法計算出燃料消耗量。,柴油機,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,試驗在專用的底盤測功器上進行。測出排氣中以g/km（克每千米）計的CO2、CO及CH的排放量，用碳平衡法求得燃油消耗量。,汽油機,碳平衡法依據(jù)的基本原理是質(zhì)量守恒定律。,汽（柴）油經(jīng)過發(fā)動機燃燒后，排氣中碳

11、質(zhì)量的總和與燃燒前燃油中碳質(zhì)量的總和應該相等。,D 288K（15C）下燃油的密度（kg/L）。,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,輕型汽車燃料消耗量試驗方法試驗用的運轉(zhuǎn)循環(huán),第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標,限值按整備質(zhì)量的不同分別給出表2-2 乘用車燃料消耗量限值,(L/100km),第三章 汽車的經(jīng)濟性和排放性能,本節(jié)將介紹汽車在等速、等加速、等減速和怠速等工況下百公里燃油消耗量的計算方法。 為進一步分析影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素打下基礎。,第二節(jié)汽車燃油經(jīng)濟性的計算,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,由 和 在萬有特性圖上可確定燃油消耗率b。,1.等速行駛工況燃油消耗量計算,發(fā)動機萬有特性圖

12、 和汽車功率平衡圖,計算的基本依據(jù),等速時發(fā)動機應提供的功率為,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,設已知汽車的車速 =150km/h，發(fā)動機功率 =43kW，可在萬有特性圖上確定燃油消耗率b=270g/(kWh)。,b燃油消耗率 ；燃油的密度（kg/L）； g重力加速度（m/s2）。 汽油g=6.967.15N/L；柴油g=7.948.13N/L。,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,汽車以ua等速行駛時，燃油消耗量為,等速行駛 s 行程時，燃油消耗量,折算成等速百公里燃油消耗量,加速時發(fā)動機需提供的功率為,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,2.等加速行駛工況燃油消耗量的計算,以速度增加1km/h為間隔，將

13、汽車加速過程分為若干個小區(qū)間，計算各區(qū)間的油耗并將其相加，即得加速油耗。,每個小區(qū)間起始或終了時刻車速對應的單位時間燃油消耗量,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,從行駛初速度 ua1+1km/h再加速1km/h所需燃油量,汽車行駛速度每增加1km/h所需時間,從行駛初速度ua1加速至ua1+1km/h所需燃油量,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,各區(qū)間的燃油消耗量為,整個加速過程的燃油消耗量為,加速區(qū)段內(nèi)汽車行駛的距離為,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,減速時間,減速行駛時發(fā)動機處于怠速狀態(tài)。 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。,減速過程燃油消耗量,減速區(qū)段內(nèi)汽車行駛的距離,怠速油耗。

14、,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,3.等減速行駛工況燃油消耗量的計算,怠速時間。,5.整個循環(huán)工況的百公里燃油消耗量,Q 整個循環(huán)過程燃油消耗量之和； s 整個循環(huán)的行駛距離。,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算,4.怠速停車時的燃油消耗量,第三章 汽車的經(jīng)濟性和排放性能,本節(jié)將從使用和設計兩方面分析影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,50,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,影響燃油經(jīng)濟性的因素有以下三個：,1.燃油消耗率b,燃油消耗率與發(fā)動機負荷率及發(fā)動機自身有關。,C為常數(shù)； 為總行駛阻力，,2.行駛中消耗的發(fā)動機功率 （或行駛阻力F ）,降低汽車重量G ，可以降低 Ff

15、 ； 降低汽車CDA，可以降低空氣阻力 FW 。,減輕汽車質(zhì)量、降低空氣阻力有利于節(jié)省燃油。,與總行駛阻力F成正比 ,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,3.怠速油耗、附件油耗、制動能量損耗,改進發(fā)動機設計、改善用車交通環(huán)境可以提高汽車的燃油經(jīng)濟性。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,一、使用方面,1.車速,低速時FW ，F(xiàn)f 但負荷率 ，b ,中等車速經(jīng)濟性相對較好,高速時負荷率 ， b 但 FW ，F(xiàn)f ， ,Qs,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,2.擋位選擇,使用高擋可節(jié)省燃油；,汽車起步加速過程中，從經(jīng)濟性角度出發(fā)要盡早換入高擋；從動力性角度出發(fā)要用足低擋。,車速一定時，,一定,用高擋

16、，后備功率,負荷率b Qs ,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,貨車以100tkm計算成本，折算到每噸貨物的油耗將降低。,3.帶掛車運輸,1）提高生產(chǎn)率3050； 2）降低油耗20% 30%。,較大,帶掛車運輸時,帶掛車運輸,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,4.正確地保養(yǎng)與調(diào)整,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,（1）制動器間隙要合適,間隙過小，容易出現(xiàn)“自剎”現(xiàn)象，損耗發(fā)動機功率，導致制動器發(fā)熱，消耗燃油； 間隙過大，制動反應“遲鈍”，導致制動距離加長。,（2）輪轂軸承預緊度調(diào)整要正常,預緊度過低，輪胎打擺，直線行駛性差； 預緊度過大，軸承發(fā)熱，軸承磨損加快。 行駛中緊急制動（急剎車）、高

17、速行車中猛打轉(zhuǎn)向盤都會造成軸承早期磨損。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,3）輪胎氣壓要合適,氣壓過低，導致車輛操控性降低，燃油消耗增大，輪胎磨損加劇；輪胎氣壓過高，接地面積減小，輪胎中部出現(xiàn)異常磨損。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,二、汽車結(jié)構(gòu)方面,1.縮減轎車總尺寸和減輕質(zhì)量,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,汽車越輕，油耗越低；柴油車的油耗明顯低于汽油車。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,幾種不同車型的油耗,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,思考,大型轎車 G大，F(xiàn)f、FW、 、 均大；,裝用大排量發(fā)動機，負荷率低，b大；,致使Qs增大,Audi A8采用全鋁承載式車身，質(zhì)量減輕

18、15，百公里油耗降低5%8%。,為什么大型轎車油耗較高？,1升油耗概念車減輕質(zhì)量的措施 鎂合金的空間結(jié)構(gòu)；碳素纖維合成材料的外部表面；車身總質(zhì)量大約在74kg；輪轂采用鈦合金；車輪軸承滾子采用陶瓷；葉片彈簧采用玻璃纖維。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,2.發(fā)動機,1）提高現(xiàn)有發(fā)動機的熱效率和機械效率（熱損失占化學能65左右）； 2）擴大柴油發(fā)動機的應用范圍； 3）增壓化； 4 ）廣泛采用電子計算機控制技術。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,想一想,柴油機有哪些特點？,提到柴油機時，人們想到的是黑煙、臭味和嘈雜的噪聲。使用柴油發(fā)動機的拖拉機、坦克、輪船等給人粗大笨拙的印象，似乎難登大雅之堂

19、。,具有現(xiàn)代技術水平的柴油車，早已不是工作粗暴、吼聲隆隆、黑煙滾滾的“墨斗魚”形象，其性能與汽油車沒有什么區(qū)別。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,柴油機可節(jié)能和降低排污。,奔馳CLK雙門跑車,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,單缸SDI柴油發(fā)動機； 排量0.299L；壓縮比16.5:1； 最大轉(zhuǎn)矩18.4Nm/2000r/min； 最大功率 6.25kW(8.5PS)/4000r/min； 發(fā)動機質(zhì)量26kg; 中置橫放。,1升油耗概念車發(fā)動機,柴油機熱效率比汽油機高30%； 用于轎車可降低油耗30%； 在西歐新注冊的汽車中，2001年柴油車的份額為32%，2005年柴油車的份額上升到了49

20、.5% 。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,我國一汽2002年推出捷達柴油轎車，但我國柴油硫含量高，使用中排放物的煙度和微粒排放量較大。 目前我國柴油轎車有：捷達SDI、寶來TDI 1.9L、奧迪A6 2.5 TDI 、開迪SDI 。,TDI是英文Turbo Direct Injection 的縮寫，意為渦輪增壓直接噴射（柴油發(fā)動機）。 SDI是英文Suction Direct Injection 的縮寫，意為自然吸氣直接噴射（柴油發(fā)動機）。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,擋位越多，油耗越低； 無級變速最理想。,3.傳動系,目前很多轎車采用的是帶液力變矩器的自動換擋變速器，擋位一定時可依靠液力變矩器實現(xiàn)無級變速，其效率仍需進一步提高才能做到真正省油。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素,思考,為什么擋位越多越省油？,1）發(fā)動機的最經(jīng)濟工況最小燃油消耗特性,發(fā)動機負荷特性曲線的包絡線是發(fā)動機