【汽车理论教程】第二章 汽车的燃油经济性.ppt

第二章 汽车的燃油经济性 第四节 装有液力变矩器汽车的燃油经济性计算 返回目录 1 第四节 装有液力变矩器汽车的燃油经济性计算 发动机转矩、小时燃油消耗量与发动机转速的关系 2 画 与 曲线 第四节 装有液力变矩器汽车的燃油经济性计算 在发动机转矩曲线上画泵轮的转矩曲线tp=f（ ）； 由变矩器的无因次特性k=f（i）确定在不同速比下的变 矩比k； 由 与 绘制不同节气门开度下 与 曲线。 3 不同道路阻力 系数下等速行驶 时，涡轮转矩 第四节 装有液力变矩器汽车的燃油经济性计算 4 与 的交点决定了汽车在一定道路阻力系数下的行 驶速度与发动机节气门位置。 由 曲线可确定 （即n）。 由 曲线可确定qt 。 第四节 装有液力变矩器汽车的燃油经济性计算 5 下一节 第四节 装有液力变矩器汽车的燃油经济性计算 本节内容结束 6 第二章 汽车的燃油经济性 在保证动力性的前提下，汽车以尽量少的燃油 消耗量经济行驶的能力，称为汽车的燃油经济性。 返回目录 7 第二章 汽车的燃油经济性 截止2006年底，我国已探明石油剩余经济可采储量为 20.43亿吨，天然气剩余经济可采储量为24.49亿m3。 中国石油的相当一部分依赖进口 自1993年开始，中国已成为石油净进口国，且进口量逐年 增加；石油对外依赖程度越来越大。2004年以来，中国的石 油消费总量已经超过日本，位居世界第二位，仅次于美国。 世界汽车工业发展永恒的主题是 节能 环保 安全 8 第二章 汽车的燃油经济性 节能减排，可以有效减少温室气体的排放。 1997年在防止地球变暖的京都会议上提出京都议定书。 在网上查找京都议定书的相关资料。 至2005年2月，全球已有141个国家和地区签署该议定书。 2005年2月16日，京都议定书正式生效。这是人类历 史上首次以法规的形式限制温室气体排放。 9 第二章 汽车的燃油经济性 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 本节将介绍中国、欧洲及美国燃油经济性的评价指标。 返回目录 10 美国燃油经济性评价指标：一定运行工况下一定量 燃油行驶的里程，单位为mile/usgal。 中国及欧洲燃油经济性评价指标：一定运行工况下 百公里燃油消耗量，单位为l/100km 。 第二章 汽车的燃油经济性 思考：为什么要在一定运行工况下评价汽车的燃油 经济性？ 燃油经济性的评价指标 11 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 1.等速工况 宝来轿车等速油耗 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代表手动挡汽车； a代表自动挡汽车。 12 以l/100km计的1/3混合油耗为 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 2.循环行驶试验工况 1）欧洲经济委员会（ece） 13 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 2）美国环境保护局（epa） 14 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 3）中国相关规定 15 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 3）中国相关规定 16 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 17 车车型工况 油耗 长长安奥拓城市平均油耗5.5 夏利厂方油耗5.0 捷达前卫卫90km/h等速6.3 桑塔纳纳200090km/h等速7.0 帕萨萨特1.8l城市工况11.9 雅阁阁2.3城市平均油耗10.5 大切诺诺基 城市19.5 郊区11.8 综综合14.6 一些车型的百公里油耗 （不同企业所给数据、运行工况不统一） 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 18 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 汽车燃油消耗量的小结 排量大的车，油耗高； 自重大的车，油耗高； 城市油耗高于公路油耗； 自动挡汽车的油耗高于手动挡汽车的油耗。 思考：通过以上相关数据，可以得出哪些结论？ 19 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 3.中国相关的新标准 新开发车型，从2005年7月1日开始执行第一阶段限 值要求，2008年1月1日起执行第二阶段限值要求。 在生产车型，从2006年7月1日开始执行第一阶段限 值要求，2009年1月1日起执行第二阶段限值要求。 具体测量方法按照gb192332003轻型汽车燃料 消耗量试验方法进行。 标准规定在模拟城市和市郊的运转循环下，用碳平 衡法计算出燃料消耗量。 20 柴油机 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 试验在专用的底盘测功器上进行。测出排气中以g/km （克每千米）计的co2、co及ch的排放量，用碳平衡法 求得燃油消耗量。 汽油机 碳平衡法依据的基本原理是质量守恒定律。 汽（柴）油经过发动机燃烧后，排气中碳质量的总和 与燃烧前燃油中碳质量的总和应该相等。 d 288k（15c）下燃油的密度（kg/l）。 21 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 轻型汽车燃料消耗量试验方法试验用的运转循环 22 整车车整备质备质 量（ cm）/kg 第一阶阶段第二阶阶段整车车整备质备质 量（ cm）/kg 第一阶阶段第二阶阶段 cm7507.66.61540cm 166012.010.8 750cm 8657.66.91660cm 177012.611.3 865cm 9808.27.41770cm 188013.111.8 980cm 10908.88.01880cm 200013.612.2 1090cm 12059.48.62000cm 211014.012.6 1205cm 132010.19.12110cm 228014.513.0 1320cm 143010.79.82280cm 251015.513.9 1430cm 154011.310.32510cm 16.414.7 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 限值按整备质量的不同分别给出 表2-2 乘用车燃料消耗量限值 (l/100km) 23 下一节 第一节 汽车燃油经济性的评价指标 本节内容结束 24 第二章 汽车的燃油经济性 本节将介绍汽车在等速、等加速、等减速和怠速等工 况下百公里燃油消耗量的计算方法。 为进一步分析影响汽车燃油经济性的因素打下基础。 第二节 汽车燃油经济性的计算 返回目录 25 第二节 汽车燃油经济性的计算 由 和 在万有特性图上可确定燃油消耗率b。 1.等速行驶工况燃油消耗量计算 发动机万有特性图 和汽车功率平衡图 计算的基本依据 等速时发动机应提供的功率为 26 第二节 汽车燃油经济性的计算 设已知汽车的车 速 =150km/h，发动 机功率 =43kw，可 在万有特性图上确定 燃油消耗率 b=270g/(kwh)。 27 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。 第二节 汽车燃油经济性的计算 汽车以ua等速行驶时，燃油消耗量为 等速行驶 s 行程时，燃油消耗量 折算成等速百公里燃油消耗量 28 加速时发动机需提供的功率为 第二节 汽车燃油经济性的计算 2.等加速行驶工况燃油消耗量的计算 29 以速度增加1km/h 为间隔，将汽车加速 过程分为若干个小区 间，计算各区间的油 耗并将其相加，即得 加速油耗。 每个小区间起始或终了时刻车 速对应的单位时间燃油消耗量 第二节 汽车燃油经济性的计算 30 从行驶初速度 ua1+1km/h 再加速1km/h所需燃油量 汽车行驶速度每增 加1km/h所需时间 从行驶初速度ua1加速 至ua1+1km/h所需燃油量 第二节 汽车燃油经济性的计算 31 各区间的燃油消耗量为 整个加速过程的燃油消耗量为 加速区段内汽车行 驶的距离为 第二节 汽车燃油经济性的计算 32 减速时间 减速行驶时发动机处于怠速状态。 减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。 减速过程燃油消耗量 减速区段内汽车行驶的距离 怠速油耗 。 第二节 汽车燃油经济性的计算 3.等减速行驶工况燃油消耗量的计算 33 怠速时间。 5.整个循环工况的百公里燃油消耗量 q 整个循环过程燃油消耗量之和； s 整个循环的行驶距离。 第二节 汽车燃油经济性的计算 4.怠速停车时的燃油消耗量 34 下一节 第二节 汽车燃油经济性的计算 本节内容结束 35 第二章 汽车的燃油经济性 本节将从使用和设计两方面分析影响汽车燃 油经济性的因素。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 返回目录 36 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 影响燃油经济性的因素有以下三个： 1.燃油消耗率b 燃油消耗率与发动机负荷率及发动机自身有关。 c为常数； 为总行驶阻力， 37 2.行驶中消耗的发动机功率 （或行驶阻力f ） 降低汽车重量g ，可以降低 ff ； 降低汽车cda，可以降低空气阻力 fw 。 减轻汽车质量、降低空气阻力有利于节省燃油。 与总行驶阻力f成正比 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 38 3.怠速油耗、附件油耗、制动能量损耗 改进发动机设计、改善用车交通环境可以提高汽车的燃油经济性。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 39 一、使用方面 1.车速 低速时fw ，ff 但负荷率 ，b 中等车速经济 性相对较好 高速时负荷率 ， b 但 fw ，ff ， qs 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 40 2.挡位选择 使用高挡可节省燃油； 汽车起步加速过程中， 从经济性角度出发要尽早 换入高挡；从动力性角度 出发要用足低挡。 车速一定时， 一定 用高挡，后备功率 负荷率b qs 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 41 货车以100tkm计算成本，折算到每吨货物的油耗将降低。 3.带挂车运输 1）提高生产率3050； 2）降低油耗20% 30%。 较大 带挂车运输时 带挂车运输 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 42 4.正确地保养与调整 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 43 （1）制动器间隙要合适 间隙过小，容易出现“自刹”现象，损耗发动机功率 ，导致制动器发热，消耗燃油； 间隙过大，制动反应“迟钝”，导致制动距离加长。 （2）轮毂轴承预紧度调整要正常 预紧度过低，轮胎打摆，直线行驶性差； 预紧度过大，轴承发热，轴承磨损加快。 行驶中紧急制动（急刹车）、高速行车中猛打转向 盘都会造成轴承早期磨损。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 44 3）轮胎气压要合适 气压过低， 导致车辆操控性 降低，燃油消耗 增大，轮胎磨损 加剧；轮胎气压 过高，接地面积 减小，轮胎中部 出现异常磨损。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 45 二、汽车结构方面 1.缩减轿车总尺寸和减轻质量 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 46 汽车越轻，油耗越低；柴油车的油耗明显低于汽油车。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 47 车车型整备质备质 量 /kg 油耗量（综综合） 路虎发现发现 v6 4.0 270015.2 劳劳斯莱斯 幻影 v12 6.7 2495 15.9 梅赛赛德斯-奔驰驰 e55 183512.9 伊兰兰特1.6自动动舒适型 1210 9.0 夏利n3 9006.0 奥拓 6704.0 几种不同车型的油耗 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 48 思考 大型轿车 g大，ff、fw、 、 均大； 装用大排量发动机，负荷率低，b大； 致使qs 增大 audi a8采用全铝承载式车身，质量减轻15，百 公里油耗降低5%8%。 为什么大型轿车油耗较高？ 1升油耗概念车减轻质量的措施 镁合金的空间结构；碳素纤维合成材料的外部表面 ；车身总质量大约在74kg；轮毂采用钛合金；车轮轴承 滚子采用陶瓷；叶片弹簧采用玻璃纤维。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 49 2.发动机 1）提高现有发动机的热效率和机械效率（热损失占化 学能65左右）； 2）扩大柴油发动机的应用范围； 3）增压化； 4 ）广泛采用电子计算机控制技术。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 50 想一想柴油机有哪些特点？ 提到柴油机时，人们想到的是黑烟、臭味和嘈杂的 噪声。使用柴油发动机的拖拉机、坦克、轮船等给人粗 大笨拙的印象，似乎难登大雅之堂。 具有现代技术水平的柴油车，早已不是工作粗暴、 吼声隆隆、黑烟滚滚的“墨斗鱼”形象，其性能与汽油车 没有什么区别。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 51 车车型发动发动 机排量 /l 最高车车速加速时间时间 /s 油耗量 270cdil5（柴油 ） 2.6852309.26.74 240v6（汽油 ） 2.5972369.210.8 柴油机可节能和降低排污。 奔驰clk双门跑车 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 52 单缸sdi柴油发动机； 排量0.299l；压缩比16.5:1； 最大转矩18.4nm/2000r/min ； 最大功率 6.25kw(8.5ps)/4000r/min； 发动机质量26kg; 中置横放。 1升油耗概念车发动机 柴油机热效率比汽 油机高30%； 用于轿车可降低油 耗30%； 在西欧新注册的汽 车中，2001年柴油车的 份额为32%，2005年柴 油车的份额上升到了 49.5% 。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 53 我国一汽2002年推出捷达柴油轿车，但我国柴油硫含量 高，使用中排放物的烟度和微粒排放量较大。 目前我国柴油轿车有：捷达sdi、宝来tdi 1.9l、奥迪 a6 2.5 tdi 、开迪sdi 。 tdi是英文turbo direct injection 的缩写，意为涡轮增 压直接喷射（柴油发动机）。 sdi是英文suction direct injection 的缩写，意为自然 吸气直接喷射（柴油发动机）。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 54 挡位越多，油耗越低； 无级变速最理想。 3.传动系 目前很多轿车采用的是带液力变矩器的自动换挡变速 器，挡位一定时可依靠液力变矩器实现无级变速，其效 率仍需进一步提高才能做到真正省油。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 思考 为什么挡位越多越省油？ 55 1）发动机的最经济工况最小燃油消耗特性 发动机负荷特性曲线 的包络线是发动机提供一 定功率时的最低燃油消耗 率曲线。 最低燃油 消耗率曲线 可以利用发动机负荷 特性曲线找到发动机提供 一定功率（ ）时最经济 工况下的转速（n3）。 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 56 1）发动机的最经济工况最小燃油消耗特性 把各功率下最经济工况 运转的转速标明在外特性曲 线图上，便得到“最小燃油 消耗特性”（a1a2a3）。 a1 a3 a2 pe 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 最小燃油消 耗特性曲线 57 2）变速器传动比与最小燃油消耗特性曲线的关系 n车速（ua）一定时，燃油消耗率 最低（bmin）时对应的发动机转速； 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 a1 a3 a2 pe n0n1n2n3 58 n车速（ua）一定时，燃油消耗率 最低（bmin）时对应的发动机转速； 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 a1 a3 a2 pe n0n1n2n3 当车速 ua 一定时，由发动机转速 即可确定传动比 ，变速器以 工作，汽车的燃油经济性最好。 对于有级式变速器，挡数越多， 发动机工作转速越接近 。 无级变速时可以做到任何车速下 发动机都在最经济转速 工作。 2）变速器传动比与最小燃油消耗特性曲线的关系 59 3）无级变速器的调速特性 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 60 机械无级变速器（cvt） 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 61 双模式无级变速器 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 62 4.汽车外形与轮胎 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 汽车外形与燃油消耗 63 滚动阻力与燃油消耗 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 64 不同轮胎与燃油消耗 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 65 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 经济型轿车（视频） 66 下一节 本节内容结束 第三节 影响汽车燃油经济性的因素 67 第二章 汽车的燃油经济性 本节将重点介绍电动汽车的特点；混合动力电动汽 车的特点、结构、节油原理；丰田prius混合动力电动汽 车的工作模式；电动汽车的动力性计算等。 第二章 汽车的燃油经济性 第五节 电动汽车的研究 返回目录 68 电动汽车的特点 电动汽车集机、电、化多学科领域中的高新技术于一体 ，是汽车、电力、自动控制、化学、计算机、新能源和新材 料等工程技术中最新成果的集成产物。 从环保角度看，电动汽车造成的污染较小。 从能源角度看，电动汽车将使能源利用多元化和高效 化，达到能源可靠、均衡和无污染的目的。 第五节 电动汽车的研究 69 第五节 电动汽车的研究 70 电动汽车的类型 纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车 。 燃料电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接 转换成电能的电化学发电器。 燃料电池的效率是内燃机的23倍，无污染、无噪 声，排出的是水。 价格贵、体积质量较大；可靠性、环境适应性不高 。 第五节 电动汽车的研究 71 一、混合动力电动汽车的特点 电动机与内燃机相比，具有清洁、安静、效率高的特点， 同时它的转速转矩控制特性也比较灵活。 电动机在低转速时具有恒转矩的特性，高速时具有恒功率 的特性，可以在转速转矩曲线下的任何一点工作。 混合动力电动汽车将电力驱动与传统的内燃机驱动相结合 ，充分发挥了二者的优势，可以从根本上解决现在纯电动汽车 动力性能差和续驶里程短的问题。 第五节 电动汽车的研究 72 一、混合动力电动汽车的特点 1）电池容量大为减少，降低了整车质量，有利于 提高汽车动力性； 2）采用辅助动力驱动，打破了纯电动汽车续驶里 程短的限制，长途行驶能力可与传统汽车相媲美； 3）大大提高了燃油经济性，还可以以纯电动方式 工作，成为零排放汽车； 混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，其主要优势如下： 第五节 电动汽车的研究 73 一、混合动力电动汽车的特点 4）空调系统等附件由内燃机直接驱动，有充分的能 源供应，保证了汽车的乘坐舒适性； 5）辅助动力可以向储能装置提供能量，保证混合动 力电动汽车无需停车充电，不需要进行专用充电设施 的建设； 6）电池组在使用过程中是浅充浅放，可以延长电池 的使用寿命。 混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，其主要优势如下： 第五节 电动汽车的研究 74 二、混合动力电动汽车的结构 混合动力电动汽车有多种结构形式和分类方法。 根据动力源的数量以及动力系统结构形式的不同，可 以分为串联式、并联式和混联式。 第五节 电动汽车的研究 75 第五节 电动汽车的研究 76 三、混合动力电动汽车的节油原理 1）储能元件的补偿作用平滑了内燃机的工况波动，在 汽车的一般行驶中吸收、储存电能，而在需要提供大功率 时提供电能，从而可以采用小型的发动机，工作中发动机 的负荷率较高，并可以使发动机的工作点处于高效率的最 优工作区域内； 2）在汽车停车等候或低速滑行等工况下，可以关闭内 燃机，以节约燃油； 3）汽车减速滑行或紧急制动时，可以利用发电机回收 部分制动能量，转化成电能存入蓄电池，进一步提高汽 车的燃油经济性。 第五节 电动汽车的研究 77 2005年12月15日，首次在海外生产的丰田prius（普锐斯 ）混合动力汽车在四川一汽丰田汽车有限公司长春丰越公 司正式下线。上市时基准型28.8万元，高端型30.2万元。 第五节 电动汽车的研究 78 四、能量管理策略 设定目标如下： 1）使燃油经济性最优；2）使排放最低；3）使驱动系 统的成本最小化；4）维持或提高整车的各项性能。 采用发动机作为主动力源，电动机和蓄电池协助提供峰 值功率。 容易对发动机运行工况进行优化。 电动机响应快、控制灵敏，容易实现不同的控制方法。 多用于并联式混合动力系统。 1.电动机辅助控制策略 第五节 电动汽车的研究 79 第五节 电动汽车的研究 80 2.优化ice曲线控制策略 从静态条件下发动机的万有特性出发，将一定发动机转速和 一定负荷下发动机的最低燃油消耗点连成一条线，也就是静态条 件下发动机的最佳工作曲线。 第五节 电动汽车的研究 81 2.优化ice曲线控制策略 发动机在需求功率或转矩高于某个限值时才会工作。 只有在极限情况下，如需求功率超过了蓄电池的最大功率调 节能力时，才会调整发动机的工作点。 第五节 电动汽车的研究 82 五、实例分析 第五节 电动汽车的研究 83 第五节 电动汽车的研究 84 例 六、电动汽车的动力性计算 某电动大客车使用的电动机性能如下： tm电动机转矩（ ）；nm 电动机转速（r/min）。 拟合公式系数如下 电动机自带减速器，速比 =2.93；电动机的最高转速为 7200r/min。 第五节 电动汽车的研究 85 参数数值值参数数值值 整车满载总质车满载总质 量 /kg 17000 旋转质转质 量换换算 系数 1.29 迎风风面积积a/m27.95 电动电动 机及其控 制器效率mc 0.90 空气阻力系数cd0.7主减速比i06.2 滚动滚动 阻力系数f0.0076+0.000056ua 蓄电电池组总组总 能 量eb/（ ） 180 车轮滚动车轮滚动 半径0.475 蓄电电池的平均 放电电效率q 0.95 传动传动 系总总效率t0.92 电动大客车的基本参数 第五节 电动汽车的研究 86 要求 1）绘制驱动力行驶阻力平衡图； 2）计算最高车速、最大爬坡度和0 50km/h的加速时间 ； 3）计算充满电后，按照50km/h匀速行驶的续驶里程。 第五节 电动汽车的研究 87 第五节 电动汽车的研究 1.驱动力行驶阻力平衡图 88 1.驱动力行驶阻力平衡图 第五节 电动汽车的研究 89 功率平衡图 第五节 电动汽车的研究 90 第五节 电动汽车的研究 2.最大爬坡度 91 2.最大爬坡度 第五节 电动汽车的研究 92 3.加速时间计算 第五节 电动汽车的研究 93 3.加速时间计算 第五节 电动汽车的研究 94 3.加速时间计算 第五节 电动汽车的研究 95 3.加速时间计算 第五节 电动汽车的研究 96 4. 50km/h匀速行驶的续驶里程 第五节 电动汽车的研究 97 第五节 电动汽车的研究 下一节 第五节 电动汽车的研究 本节内容结束 98 第二章 汽车的燃油经济性 第六节 汽车动力性、燃油经济性试验 返回目录 99 一、路上试验 1）路面平整、干燥、清洁，纵向坡度在0.1%之内； 2）大气温度在040之间，风速不大于3m/s； 3）汽车满载； 4）轮胎充气压力符合技术要求。 1.动力性试验对试验环境的要求（我国） 2.最高车速测试 汽车以最高车速行经一定距离路段（我国规定200m ）所需的时间来求得。 第六节 汽车动力性、燃油经济性试验 100 3.加速时间的测试 起步连续换挡加速性能是指汽车以常用起步挡起步 ，按最佳换挡时刻逐次换至高挡，节气门处于最大开度 ，全力加速至0.8uamax的加速时间，也常用原地起步加 速至100km/h所需时间来表示汽车加速性能。 第六节 汽车动力性、燃油经济性试验 101 加速过程用非接触式汽车速度计来记录 第六节 汽车动力性、燃油经济性试验 102 非接触式汽车速度计的光路原理 第六节 汽车动力性、燃油经济性试验 103 梳状光电器件的工作原理 第六节 汽车动力性、燃油经济性试验 104 4.爬坡度的测试 1）坡道要求 应有一系列不同坡度的坡道； 坡道长度不小于25m