（交通运输工程专业论文）汽车的节能措施研究.pdf

西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页 摘要 能源是发展国民经济的重要物质基础，随着我国改革开放的逐步深入， 全社会对能源的需求量将急剧增加，依据我国能源资源状况分析，能源问题 已成为制约我国国民经济发展的重要因素。汽车作为能源消耗大户，节能问 题受到了普遍关注。随着汽车工业的迅猛发展，油料紧缺成为亟待解决的突 出问题。本文从汽车的结构、性能、使用和管理等方面对汽车的节能问题作 了综合论述，说明了汽车节能技术和操作人员的节能意识是汽车节能的两大 要素，并提出了许多有效的汽车节能措施。， 汽车的性能对节能有着直接影响。本文分析了汽车能量消耗原理，并提 出列汽车燃油经济性的评价指标，分析已有实验的数据结果，获得了影响汽 车燃油经济性的主要因素。 燃料质量的好坏直接影响汽车的正常使用和燃料经济性。汽车使用的燃 料几乎都是石油，面对世界能源危机，各国政府、各大公司纷纷对汽车的替 代能源进行大量研究，寻找可替代汽油和柴油的能源。本文简述了已开发出 的天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢气、生物质能、电能等替代能源 的优、缺点和现状、前景。 汽车运输企业是节能工作的重点领域，道路运输企业的能耗主要体现在 车辆油耗上。调查显示，目前道路运输企业的油料成本已占企业总成本的3 0 以上，在油价节节高攀的时期，降低公路客运油耗对于运输企业成本控制有 十分重要的意义，能使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地，对于环境保 护以及可持续发展有着深远意义。论文分析了汽车运输企业节能的重要性， 在总结了汽车运输企业节能影响因素的基础上，提出了汽车运输企业节能对 策，并为公路客运企业的实际操作提供借鉴。 关键词：汽车；汽车节能；节能措施 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第l i 页 a b st r a c t e n e r g yd e v e l o p m e n ti sa l li m p o r t a n tm a t e r i a lf o u n d a t i o nf o rt h en a t i o n a l e c o n o m y ，a sc h i n a sr e f o r ma n do p e n i n gu pt h eg r a d u a ld e e p e n i n go ft h ee n t i r e s o c i e t y se n e r g yd e m a n dw i l li n c r e a s ed r a m a t i c a l l y ，b a s e do na n a l y s i so ft h e s i t u a t i o no fc h i n a s e n e r g yr e s o u r c e s ，t h ee n e r g y i s s u eh a sb e c o m ea c o n s t r a i n i n gc h i n a sn a t i o n a le c o n o m i cd e v e l o p m e n ta ni m p o r t a n tf a c t o r a sa m a j o ra u t o m o t i v ee n e r g yc o n s u m p t i o n ，e n e r g yi s s u e sh a v eb e e nw i d e s p r e a d c o n c e r n alo n gw i t ht h eq u i c kd e v e l o p m e n to fa u t oi n d u s t r y ，t h eo i li si ns h o r t s u p p lyb e c o m e st h em o s ts e r i o u sp r o b l e mt h a ts h o u l db es o l v e di m m e d i a t e l y t h i sp a p e rd i s c u s s e sa u t o m o b i l ee n e r g ys a v i n gf r o ms e v e r a la s p e c t s s t r u c t u r e ， p e r f o r m a n c e ，o p e r a t i o n a n dm a i n t e n a n c eo fa u t o m o b i l e i ta l s op r o v e st h a t t e c h n o l o g y a n da w a r e n e s sa r et w oe s s e n t i a lf a c t o r sf o ra u t o m o b i l ee n e r g y s a v i n ga n dp r o p o s e ss o m ee f f e c t i v em e t h o d st os a v ee n e r g yf o ra u t o m o b i l e s u c ha sm a k i n gr u n n i n ge f f i c i e n c y h i g h e r , m a k i n ge n e r g ym o r er e a s o n a b l e ， t r a n s f o r m i n gs t r u c t u r e ，u s i n gn e wm a t e r i a l s ，r i g h td r i v i n ga n dm a i n t e n a n c ee t c t h ep e r f o r m a n c eo fm o t o rv e h i c l e sh a sad i r e c t i m p a c t o ne n e r g y c o n s e r v a t i o n t h i sa r t i c l ea n a l y z e st h ep r i n c i p l eo fc a re n e r g yc o n s u m p t i o n ， p r o p o s e st h ee v a l u a t i o no fv e h i c l ef u e le c o n o m y ，a n a l y s i so fe x p e r i m e n t a ld a t a a n do b t a i n st h em a j o rf a c t o ro ft h ei m p a c to fm o t o rv e h i c l ef u e le c o n o m y t h eq u a l i t yo ft h ef l u ea f f e c t st h ep e r f o r m a n c eo fv e h i c l ed i r e c t l y f a c i n g t h ee n e r g y c r i s i s ，g o v e r n m e n t s ，t h em a j o rc a rc o m p a n i e sh a v e al o to f a l t e r n a t i v ee n e r g yr e s e a r c h ，t of r e da l t e r n a t i v ee n e r g yp e t r o la n dd i e s e l t h e a r t i c l eo u t l i n e di t sa d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h es t a t u sq u oa n dp r o s p e c t s o n d e v e l o p e d w i t hn a t u r a l g a s ，l i q u e f i e dp e t r o l e u mg a s ，a l c o h o l ，d m e ， h y d r o g e n ，b i o m a s se n e r g y ，e l e c t r i c i t y a n ds oo n , t h ea r t i c l eo u t l i n e di t s a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h es t a t u sq u oa n dp r o s p e c t s t h ea u t o m o t i v e t r a n s p o r te n t e r p r i s e s a r et h ef o c u sf i e l df o rt h ee n e r g y c o n s e r v a t i o nw o r k ，a n dt h em o s tp a r to fe n e r g yc o n s u m p t i o no ft h er o a d t r a n s p o r te n t e r p r i s e si st h ef u e lc o n s u m p t i o no fv e h i c l e s as u r v e ys h o w st h a t t h ef u e lc o n s u m p t i o no ft h er o a dt r a n s p o r te n t e r p r i s e sa c c o u n to ft h et o t a lc o s t m o r et h a n3 0 t i m ew h i c hs e e k sf r i e n d s h i p s s u c c e s s i v e l y i nt h eo i lp r i c e 施l l st h eb o u o mr o a dp a s s e n g e r t r a n s p o r t a t i o no i lc o n s u m p t i o nt oh a v et h ev e r v v 1 t a ls l g n i f i c a n t er e g a r d i n gt h e t r a n s p o r t a t i o np r i v a t ec o s t sc o n t r 0 1 ，i t sc 卸b ea b l et oc a u s et h ee n t e r p r i s et ob ei na n i m p r e g n a b l ep o s i t i o ni nt h ei n t e n s em 冰e tc o m p e t l t l o n ，a sw e l la st h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t h a st h ep r o f o u n ds i g n i f i c a n c e 1h ea r t l c l ea n a l y z e st h e i m p o r t a n c eo fe n e r g ys a v i n go ft h ea u t o m o t i v e t r a n s p o r te n t e r p r i s e s ，a n d p r o p o s e st h e e n e r g y s a v i n gm e a s u r e sf o rt h e a u t o m o t l v e t r a n s p o r te n t e r p r i s e so nt h eb a s i so ft h e c o n c l u s i o no ft h e 1 1 1 士l u e n c m gf a c t o r so fe n e r g ys a v i n g ， s i m u l t a n e o u s l yp r o v i d e sf o rt h er o a dd a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o ne n t e r p r i s e sa c t u a lo p e r a t i o nu s e sf o rr e f e r e n c e k e yw 。r d s ：a u t o m 。b i l e ；a u t o m o b i l ee n e r g ys a v i n g ；e n e r g ys a v i n ga p p r 。a c h 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 i 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 臁沙7 一 姿黧i 雪i c 7 - 日期：妒1 ) 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本文创新点如下： 总结了汽车运输企业节能影响因素的基础上，提出了汽车运输企业节能 对策，并为公路客运企业的实际操作提供借鉴。 学位论文作者签 日 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页 1 1 论文的研究背景 第1 章绪论 随着各国的经济进步和人民生活水平的提高，整个世界的人均耗能量和 总的耗能量在不断增长。但地球上的能源毕竟有限，历经亿万年形成的非再 生能源，如石油、煤和天然气等都非常有限了。按1 9 9 4 年的探明可采储量和 产量计算，分别只够开采4 3 年、2 3 5 年和6 6 4 年。我国的石油探明总储量 为3 3 亿吨，仅可开采2 2 6 年。我国人均能源资源占有量不到世界水平的一 半，石油仅为1 l o 。 全世界每年要消耗石油大约3 5 亿吨。目前，石油在世界能源消费结构中 约占4 0 的比重，而且随着经济的发展，人类对石油的依赖及开采量还在逐年 增加。我国是仅次于美国的世界第二大石油消耗国。据国家计委统计表明， 近1 0 年来我国石油消费年均增长为5 7 7 ，而石油供应年均增长仅为1 6 7 。 1 9 9 3 年，我国已成为石油产品净进口国，1 9 9 6 年成为原油净进口国，2 0 0 0 年共 进口原油、成品油7 0 0 0 万吨，耗资约2 5 0 亿美元，而且这种对进口石油的依存 度还在不断上升。 在能源消耗中，由于汽车的使用消耗的能源占有很大的比重( 见表1 1 ) ，我国汽油车与柴油车的消耗燃料量逐年递增，尤其汽油车占生产量的绝 大部分。因此，提高汽车燃油效率，节约汽车燃料非常必要。 表1 - 11 9 9 7 年一2 0 0 2 年中国汽油和柴油及汽车消耗量( 万吨) 年份汽油 柴油 生产量汽车消耗量 b a ( )生产量( c )汽车消耗量 d c ( ) 1 9 9 73 5 1 82 9 7 6 18 4 64 9 2 4 8 7 31 7 7 1 9 9 8 3 4 6 52 9 4 5 6 8 54 8 8 4 19 2 2 51 8 9 1 9 9 93 7 4 1 33 1 9 8 88 5 5 6 3 0 2 71 2 8 5 72 0 4 2 0 0 04 1 3 4 73 5 5 4 48 67 0 7 9 61 4 5 1 32 0 5 2 0 0 14 1 5 4 73 5 8 8 68 6 47 4 8 5 71 5 5 52 0 8 2 0 0 2 4 3 3 6 13 8 1 1 48 7 97 7 3 5 9 1 7 0 9 6 2 2 1 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第2 页 1 2 论文的研究意义 人们的衣食住行都离不开能源，目前世界上所使用的能源绝大部分是 煤、石油、天然气等不可再生资源，随着经济的发展，这些不可再生资源越 来越少，节能已引起全球的重视。 我国“十一五”规划纲要指出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗 降低2 0 左右、主要污染物总量减少1 0 。2 0 0 7 年3 月5 日，国务院总理温 家宝在十届全国人大五次会议上又强调指出，要把节能降耗、保护环境作为 转变经济增长方式的突破口和重要抓手，坚定不移地实现两个约束性指标， 努力建设资源节约型和环境友好型社会。这是贯彻落实科学发展观，构建社 会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选 择；对于调整经济结构、提高人民生活质量、促进国民经济和社会健康发展， 具有极其重要而深远的意义。 汽车产业的迅猛增势更是给我国石油供给带来了前所未有的压力。预计 我国汽车保有量自2 0 0 5 年至2 0 2 0 年的1 6 年内将维持8 左右的年均增幅， 2 0 2 0 年将达到1 4 亿辆，2 0 3 0 年达到2 亿辆左右。预计2 0 1 0 年汽车耗油占 石油消费总量的比重将上升到4 3 ，2 0 2 0 年达5 7 。汽车燃油消费的过快增 长将给我国经济和社会可持续发展带来巨大压力，汽车节油是我国节能的重 中之重别。 运输企业是一个能源消耗和污染排放的大户，是节能减排工作的重点领 域。城市交通能耗增长较快，节能迫在眉睫，交通节能应成为节约能源战略 的重要组成部分。道路运输企业的能耗主要体现在车辆油耗上，调查显示， 目前道路运输企业的油料成本已占企业总成本的3 0 以上，而且如果油价持续 上升，油料成本的比例还将进一步增加。牢固树立和全面贯彻科学发展观， 把“节能减排”作为企业又好又快发展的必然途径，在创造企业经济效益的 同时，积极履行社会责任，节能减排与企业效益齐头并进，走一条和谐发展 的“双赢”之路。 1 3国内外研究现状 “可持续发展战略正在被越来越多的国家所认同，并作为2 1 世纪“自 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第3 页 然一社会经济”这一复杂系统的运行规则而为各国发展规划所采用，许多 国家都把节能当作一项国策。 1 3 1 国外研究现状 ( 1 ) 美国 美国是汽车大国，也是燃料消耗最多的国家。2 0 世纪7 0 年代两次石油 危机使美国开始重视对能源的节约与替代能源的发展。9 0 年代初，政府鼓励 使用和发展天然气汽车。美国著名的清洁空气修正案里允许使用压缩天然气、 液化石油气和醇类作为燃料的替代品，其中天然气被确认为最有希望的替代 能源。修正案公布后，美国天然气汽车每年以5 1 0 的速度递增，充气站 也采用快速充气和快、慢结合充气。1 9 9 2 年美国联邦政府通过了能源政策条 例，批准了使用天然气的减税政策，规定压缩天然气价格0 2 0 美元，用 户获益3 0 3 5 ，并且免征销售税。对于购买或改装天然气汽车实行减税， 使用天然气作燃料的的汽车每辆价格降低2 5 0 0 美元3 。 ( 2 ) 加拿大 加拿大是在政府鼓励支持下发展了天然气汽车，政府制定了天然气汽车 发展规划和充气站发展规划，设有专用的天然气汽车发展办公室，从科研、 示范宣传等方面支持天然气汽车的发展，加拿大1 9 8 6 年天然气汽车总数为 1 1 万辆，1 9 8 8 年增至1 9 万辆，加气站也由8 1 座发展到1 2 0 座。加拿大政 府为鼓励天然气汽车的发展，从1 9 8 2 年起，对每辆改装汽车提供3 0 0 0 元的 补贴，同时规定在购买汽车9 0 天内改装成两用燃料汽车，可以减免销售税 8 0 0 0 元，部分省对使用天然气的汽车免交道路税3 。 ( 3 ) 新西兰 新西兰发展天然气汽车坚持改装技术、配套的加气站设备技术以及标准 法规同时进行。它的储存气体利用率达到7 0 ，并实现了快速充气。为保证 天然气汽车的正常有序的发展，新西兰政府十分重视法规的制定，已经制订 的法规有：压缩天然气压缩机和充气站标准；运输部有关车辆质量与尺寸的 标准；危险货物( 气体) 法规等1 。 ( 4 ) 日本 日本能源缺乏，没有石油。这就迫使日本自2 0 世纪6 0 年代起高度重视发 展节能型汽车，替代能源一直是其研究的发展的重点。1 9 9 2 年通产省实施“生 态站2 0 0 2 计划”，要求至u 2 0 0 2 年天然气汽车达n 2 0 万辆，充气站达至u 2 0 0 0 个。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第4 页 日本在发展天然气汽车的过程中，十分重视标准法规的制定。 ( 5 ) 其他国家 世界各国还纷纷制定了相关政策法规。1 9 7 5 年开始美国、日本和欧洲采 取了很多油耗控制措施。1 9 7 5 年，美国制定了强制性汽车燃油经济性政策并 于1 9 7 8 年执行。按照标准，到1 9 9 5 年汽车企业必须达到整体平均的燃料经 济性标准，即2 0 6 英里加仑。如果生产商没能达到平均燃料消耗标准，则 每相差0 1 英里加仑每辆车将被处以5 美元罚款。如果购买的新车严重超标， 购买者也将受到处罚。油老虎税就是对不能达到最低燃油经济性标准的机动 车征税。法规执行使美国新的轿车平均燃油经济性从1 9 7 5 年的6 8 公里升， 提高到1 9 8 6 年的1 1 8 公里升，1 0 年间燃油经济性提高了7 3 5 ，与标准 实施前相比，仅2 0 0 0 年美国汽车节油就达1 9 亿吨，节约资金9 2 0 亿美元。 1 9 9 5 年8 月1 1 日，德国的下萨克森州、巴伐利亚周和巴登一弗登堡州 政府共同制定了，2 0 0 0 年前汽车市场投入3 l o o k m 油耗轿车的目标】。 1 3 2 国内研究现状 我国近年来，引进、吸收了国外一些先进技术，汽车制造部门为降低汽 车油耗，进行了大量的试验和改进工作。另外在汽车管理，旧车淘汰，改造， 以及各种节能装置的研究、推广、应用方面作了有益的尝试，并取得明显的 经济效益。 8 0 年代中期开始引进国外成熟技术和设各改装燃气汽车。进入9 0 年代 才真正发展起来，尤其在国家提出1 2 个燃气试点示范城市后。 我国汽车行业首个油耗强制性国家标准乘用车燃料消耗量限值( g b 1 9 5 7 8 - - 2 0 0 4 ) 2 0 0 4 年1 0 月2 8 日出台，该标准分为两个阶段实施，第一阶段实 施起始日期2 0 0 5 年7 月1 日，第二阶段实施起始日期2 0 0 8 年1 月1 日。届时没有 达到标准的车辆将被禁止生产和销售1 。 我国汽车节油虽然已得到国家的高度重视，但在战略研究、技术推广和 综合管理方面都存在一些问题，主要表现在以下几个方面： 1 对汽车节能的发展前瞻问题缺少战略论证。 2 汽车节油技术落后且推广应用缓慢。 3 道路交通不完善及其管理不到位对汽车节能影响巨大。 4 我国民众节能意识不强。 我国的汽车运输企业在管理体制、政策法规管理、运营管理机制、规划 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第5 页 等方面都存在很多问题，我国汽车运输企业节能发展空间巨大，因此加强汽 车运输企业节能对汽车节能的重要性和必要性不言而喻。目前汽车运输企业 一方面需要统一思想、深刻认识交通运输节能的极其重要性，另一方面需要 充分借鉴国内外解决交通运输节能问题的先进管理经验，尽快采取各种有效 措施强化汽车运输节能，制定和实施汽车运输节能政策和规章制度；建立汽 车运输能耗统计、评价和考核制度；发展以智能交通为主导的现代交通管理 技术，等等。 1 4 论文的研究内容与方法 当前，能源紧张的现实与汽车日益增长的需求之间的矛盾日益突出，采 取汽车节能措施是在提倡“可持续发展”战略下的一种有效的解决方法。本 论文主要从汽车技术层面和企业管理层面对汽车的节能策略进行研究。 从汽车技术层面看，汽车燃料经济性对节能有直接影响，而且车本身的 状况决定了能量的节约与浪费，车的发动机、传动系、整车性能也直接影响 燃料的利用情况，如果不匹配，就会大量增加燃料消耗。通过对它们的改进， 使它们得到最优匹配，降低汽车的燃料消耗。因此本文从车辆性能与节能关 系分析和汽车燃料经济性的影响因素分析中能得到节能的一些方法。另外， 同样性能的车，不同驾驶员使用，燃料消耗情况会差别较大。因此，驾驶员 要正确操作，改掉耗油的不好习惯。对于运输企业，应该科学管理驾驶员和 全部车辆，开展一系列降低汽车燃料的工作。 从企业管理层面来看，随着国际油价的持续走高与国内成品油市场价格 的不断调整和即将与国际市场油价接轨，汽车运输公司节能降耗、降低运输 成本将会逐渐成为汽车运输企业的一项重要工作。本文从节能汽车的使用、 企业节能管理机制、科学有效的维护措施和高新技术使用等方面提出汽车运 输企业节能的方法。 具体技术路线如图1 - i 所示。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第6 页 夏 座匦回 ，t 5 - 、j 、 、 j ? 、 ， 图1 - 1 研究技术路线 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第7 页 第2 章汽车性能与节能关系分析 汽车是依靠发动机发出的动力，通过传动装置推进汽车前进的。而发动 机是依靠燃料在汽缸内燃烧，放出能量，使燃气的温度和压力增高，体积膨 胀，推动活塞做功而获得动力的。所以汽车的性能对节能有着直接影响。 2 1汽车燃料的能量消耗 尽管汽车燃料的热值较高，但发动机中燃料燃放出的热量经过转换，只 有一小部分能量转变成有用功，其余大部分以不同的形式损失掉。汽车能量 变化时的损失情况可分为以下三点： 1 热量转变成机械功时的损失 燃料发出热能的损失，主要是排气、散热、漏气等造成的。气体体积膨 胀推动活塞在单位时间内所做的功，称为指示功率。发动机工作时汽缸内热 量的利用程度，用指示效率表示。 指示效率= 笙塾堑蒺箬慧笋 c 2 1 ) 上式表明，指示效率越高，发动机工作的越完善，热量损失越少，发动 机的指示功率越大。一般四行程汽油机的指示效率为0 2 5 一- - 0 3 5 ，这说明热 量损失达6 5 7 5 。 2 指示功率转变为有效功率时的机械损失 发动机工作时活塞所承受的力，经过连杆使曲轴旋转，经飞轮输出动力。 由于部分指示功率消耗在发动机本身的摩擦损失上，所以实际输出的有效功 率要小于指示功率。可用机械效率表示发动机指示功率的利用程度。 机械功率= 妻禁篙主 ( 2 2 ) 汽车发动机的机械效率一般约为0 7 - 0 9 ，说明发动机的功由活塞经过 曲轴转到飞轮时，摩擦损失达1 0 3 0 ，见表2 1 。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第8 页 表2 1柴油机和汽油机热量分配表 转变为有效功冷却水带走废气带走的不完全燃烧损其它热损失 热量分配 的热( ) 的热量( )热最( )失的热量( ) ( ) 柴油机 3 0 3 52 5 3 22 0 2 50 21 0 2 0 汽油机 1 9 2 53 0 4 02 1 2 56 1 37 1 6 注：其它热损包括机件摩擦热损失和发动机外表面热辐射损失等 3 有效功率转变成汽车驱动功率时的传动损失 发动机发出的有效功率，经过传动装置传到驱动轮时，由于一部分有效 功率损失在传动装置中，所以驱动效率小于有效效率。可用传动效率表示有 效功率的利用程度。 传动效率= 鬻 ( 2 3 ) 车辆的传动效率大约为0 8 0 - - 一0 9 5 ，即由5 - 2 0 的有效功率消耗于 传动装置中。 据世界能源导报报导，美国环境保护局以乘用车在城市高速公路上 进行汽车行驶能量分配试验，得到汽车行驶能量分配图，如：图2 1 。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第9 页 ( 燃料能t 。 j m ： 排气3 s 【 冷却损失2 9 1【转变为压力做功s 8 】 _ - _ ： 象气损失5 5 】【 轴轴出2 s 】f 活塞摩擦3 j 发动机其余摩擦4 5 - - ( 急速4 - - ( 车轮1 2 - - 轮胎6 - - 空气阻加 一 制动3 一 轴转动1 5 - - ( 变速器1 5 i 附属机构2 5 图2 1 汽车行驶能量分配图 由图可看出汽车燃料经济性的情况。例：燃料的总热能为l o o ，由于 能量的转换和功率传动中的损失，输出功率只相当于总热能的2 5 ，而驱动 功率只有1 2 ，可见汽车的燃料经济性很低。汽车节能就是要解决图2 1 中的热能损失和降低摩擦的问题。 2 2 汽车燃料经济性的评价指标及试验方法 汽车燃料经济性是汽车使用的主要性能之一，用来评价汽车完成单位运 输量所消耗燃料的多少，此数据直接影响节能措施的制定。因此，汽车燃料 经济性的评价指标及如何制定的要有科学性。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第10 页 2 2 1 汽车燃料经济性的评价指标 汽车燃料经济性用汽车燃料消耗的多少进行评价，而燃料消耗的多少主 要取决于该车发动机为克服汽车行驶阻力所做的功的多少及其传动效率的高 低。 ( 1 ) 我国及欧洲一般采用单位行程的燃料消耗量，即升百公里 ( 们0 0 k i n ) ，或单位运输工作的燃料消耗量，即升百吨公里( 们0 0 t k m ) 、 升千人公里( l k p k m ) 作为汽车燃料经济性指标。前者常用于比较相同容量 汽车的燃料经济性，也可用于分析不同部件( 如发动机、传动系等) 装在同种 汽车上对汽车燃料经济性的影响；后者常用于比较和评价不同容载量的汽车 燃料经济性。其数值越小，汽车燃料经济性就越好。 ( 2 ) 美国、英国等一些国家采用单位量燃料消耗汽车所经过的行程，即 英里加仑数表示法作为汽车燃料经济性指标，即每消耗1 加仑燃料，汽车行 驶的英里数( 1 英里= 1 6 0 9 3 砌，1 美加仑= 3 7 8 5 升，1 英加仑= 4 5 4 6 升) ， 相同载量的汽车，其数值越大，汽车燃料经济性就越好。 ( 3 ) 汽车在使用过程中，载荷和道路条件对汽车燃料的消耗影响很大， 因此也可采用燃料消耗量p ( 单位为们口以劫与有效载荷口( 单位为幻之间的 关系曲线，评价在不同道路条件下的汽车燃料经济性。 2 2 2 汽车燃料经济性试验方法 汽车燃料经济性试验方法根据对各种使用因素的控制程度分为不控制 的道路试验、控制的道路试验、道路循环试验( 包括等油耗、加速、制动油耗 等) 、在汽车底盘测功器( 即转鼓试验台) 上的循环试验。 表2 - 2 影响汽车燃料经济性的使用因素 行驶道路城市、市郊、一般公路、高速公路 交通情况道路上行人、车辆构成及车辆密集程度 驾驶习惯 平均车速、加速度及制动减速度，阻风门的使用情况 周围环境气温、风、雨、雪等 1 不控制的道路试验 对表2 2 中的各因素都不加以控制的实验就是“不控制的道路试验 。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第11 页 试验条件中，对被试验车辆的维护、调整规范及所用燃料、润滑材料的规格 都有明确的规定。由于各种使用因素是随机变化的，要获得分散度很小的数 据较难。为此，必须用相当数量的汽车( 车队) 进行长距离( 1 0 0 0 0 a n 1 6 0 0 0 a n ) 的试验，才能获得可信度较高的统计资料。这种试验反映了车辆类 型、道路条件、交通量、装载质量以及气候等因素对汽车燃料消耗的影响。 它可用于全面评价汽车使用燃料经济性，是一种非常接近实际情况的试验。 以前我国汽车运输企业采用的“使用油耗试验”就是一种“不控制的道 路试验”。即在某地区的某汽车运输部门中，把试验车辆投入实际使用，在运 行中认真记录汽车行驶里程与油耗量，最后确定平均油耗量。这种试验结果 能较好地反映车队的实际情况，但难以真正做到准确地测量，同时也浪费时 间。因此，它适合车型单一的运输企业使用。 2 控制的道路试验 在道路试验时，维持表2 2 中的一个或几个因素不变的实验，称为“控 制的道路试验”。例如，我国海南试验站进行的汽车质量检查试验规定，应在 一般路面、恶劣路面和山区公路上测量百公里油耗，并对一些试验路线作了 有较明确规定。如指定在海口市秀英港以南，海榆中线3 a n 处入口、9 a n 处 出口，一条通往石山乡，全长1 8 a n 的便道为试车的恶劣路面；海榆中线北 起毛阳南至通什，总长2 5 a n 的山道为试车的山区公路；而对一般路面，则 仅指海南岛上较好的平原公路，未明确规定路段。这就是一种“控制的道路 试验”。国外是在汽车试验场的专用试验道路上进行类似的油耗试验。 3 道路循环试验 汽车完全按规定的车速一时间规范进行的道路试验，称为“道路循环试 验”。实验规范中规定了换档时刻、制动时间、速度、加速度、制动减速度等 数值。等速行驶油耗试验和怠速油耗试验是这类试验中两种最简单的循环试 验方法。 等速行驶百公里油耗试验是一种在我国广泛采用的最简单的道路循环 试验。试验规范规定，试验在纵坡不大于0 3 的混凝土、沥青道路，要求 路面干燥、平坦、清洁、测量路段长度5 0 0 m ，两端可方便地使汽车调头。 气温o c , - - - - 3 5 ，气压7 4 0 m m h g 7 7 0m m h g ，相对温度5 0 - - - 9 5 ，风速 小于3m s 。汽车技术状况良好，试验前，汽车必须充分预热，使发动机出 水温度8 0 - - - 9 0 ，变速器及驱动桥润滑油温度不低于5 0 。试验时，汽车 用最高档等速行驶，从车速2 0 a n h 开始，以车速1 0 a n h 的整倍数，直至 西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第12 页 它的最高车速的8 0 ，至少要测定5 点。通过5 0 0 m 测量段，测定耗油量和 时间，每种车速往返试验各两次，两次试验之间的时间间隔( 包括使车速达到 预定的稳定车速所需的助跑时间) 应尽可能地缩短，以保持稳定的热状况。往 返共四次试验结果的油耗量差值不应超过5 ，取四次试验结果的平均值为 等速行驶的耗油量。 等速行驶燃料经济性不能全面考核汽车运行燃料经济性，它只能作为一 种相对比较性的指标。因为等速燃料经济性试验缺乏有关动力性要求的检验 指标，容易造成试验汽车的动力性要求与燃料经济性匹配不合理的现象；此 外，等速行驶燃料经济性不能反映汽车实际行驶中频繁出现的加速、减速等 非稳定行驶工况。 4 在汽车底盘测功器( 即转鼓试验台) 上的循环试验 用汽车测功器测量的油耗有以下优点：在室内试验可不受外界气候条件 的限制；能控制试验条件，周围环境影响的修正系数可以减到最少；若能控 制室温，则可对不同气温条件的汽车工况进行模拟试验；室内便于控制行驶 状况，故能采用符合实际的复杂循环；可以同时进行燃料经济性与排气污染 试验；能采用多种测量油耗的方法，如质量法、体积法与碳平衡法。 用汽车底盘测功器测量油耗的方法尚需改进。例如，不易准确模拟道路 滚动阻力和空气阻力；室内冷却风扇产生的冷却气流与道路行驶的实际情况 有差异；难以给出准确的惯性阻力。 与其它方法相比，由于用汽车底盘测功器测量油耗的重复性好，能反映 实际行驶时复杂的交通情况，能采用多种测量油耗方法，还能同时进行废气 污染的测量，所以这种方法日益受到重视。 2 3 汽车燃油经济性的影响因素 汽车燃料经济性是指汽车在一定的使用条件下，汽车完成单位运输量所 消耗燃料的多少，它是汽车使用的主要性能之一。影响汽车燃料经济性的因 素有很多，通过汽车燃油消耗方程式分析影响其的主要因素。 1 水平道路上行驶时，汽车燃油消耗方程式： 织：上上i 盟+ 丝+ 堕尘l ( 2 4 ) 1 0 2 p gr l t i3 6 0 0 7 6 1 4 03 6 0 0d tj 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第13 页 2 稳定行驶时，汽车加速度为零，燃油消耗方程式： 珐：j r l 上lm g r - t ! 旌l 矾1 0 2 p gr l t 【- 3 6 0 0 7 6 1 4 0j 式中 & 燃油消耗率，g ( k w h ) 材。车速，砌h p 燃油密度，砌三 t i t 传动效率， m 汽车质量，堙 2 重力加速度，9 8 m s 2 厂滚动阻力系数， c 。空气阻力系数， a 迎风面积，m 2 万旋转品质换算系数 坐直线行驶加速度，聊s ： 从上式可看出，以下因素对汽车燃油经济性有影响： 汽车质量、汽车外形、轮胎、汽车的技术情况。 2 3 1发动机 ( 2 5 ) 发动机、传动系、 发动机节能是汽车节能技术的关键。其核心是提高发动机的燃烧效率， 组织好发动机的各个工作过程，减少各种损耗，低燃耗发动机是汽车节能的 基础。 1 发动机的工作性能指标 发动机的性能指标主要有动力性能指标、经济性能指标及运转性能指 标。发动机的动力性能指标和经济性能指标又分为有效性能指标和指示性能 指标。 ( 1 ) 有效性能指标 以发动机曲轴输出功为计算基准的指标，称为有效性能指标。它被用来 直接评定发动机实际工作性能的优劣，因而在生产实践中广泛应用。发动机 的有效性能指标主要包括发动机的有效功率、有效转矩和燃油消耗率。 ( 2 ) 指示性能指标 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第14 页 以工质在气缸内对活塞所作的功为计算基准的指标，称为指示性能指 标。它不受动力输出过程中机械摩擦和附件消耗等外来因素的影响，直接反 映由燃烧到热功转换的工作循环进行的好坏，因而在工作过程的分析研究中 得到广泛应用。 ( 3 ) 有效功率 发动机通过飞轮对外输出的功率，称为发动机的有效功率，用只表示， 单位为k w ，它等于有效转矩与曲轴转角速度的乘积。 只：z 丝1 0 3 ：竺( 2 - - 6 ) 式中 z 有效转矩( m ) ； ，7 曲轴转速( r m i n ) 。 根据发动机原理，有效功率也可按下式计算： p ：巫丝 8 3 0 r 式中f 发动机的气缸数； f 完成一个工作循环的冲程数； 圪每个气缸的工作容积； 己。发动机的平均有效压力( 蛾) 。 平均有效压力即单位气缸工作容积所输出的有效功。 力性能方面的一个重要指标，可用下式计算： 驴k l r l ，弘 式中尼系数 r l 发动机的充气效率 ( 2 7 ) 它是衡量内燃机动 ( 2 8 ) 玩发动机的指示热效率 7 7 。发动机的机械效率 口混合气的过量空气系数 ( 4 ) 有效转矩 发动机通过飞轮对外输出的转矩，称为发动机的有效转矩，以z 表示， 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第15 页 单位为( n m ) 。有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡，可以 用测功机来测定发动机的有效转矩。 ( 5 ) 燃油消耗率 发动机每发出1k w 的有效功率，在1h 内所消耗的燃油的质量，称为燃 油消耗率，用阮表示，单位为g ( 挑h ) 。显然，燃油消耗率越低，发动机的 经济性越好。燃油消耗率可按下列公式计算： 吃=ib103(2-9) 或b ：! ：堕q ：(2一e 1 0 ) q n 浮j 式中 b 发动机在单位时间内的燃油消耗量( 姆乃) ，可通过试验测 定； 发动机的有效功率( 七形) ； 形，燃用燃料的热值( k 堙1 。 ( 6 ) 起动性能 起动性能好的发动机，在低温下能可靠起动，起动迅速，起动消耗的功 率小。发动机起动性能的好坏与发动机的结构有关，还与发动机工作过程有 关，它直接影响汽车的机动性能、操作者的安全和劳动强度。我国国家标准 规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在一1 0 ，柴油机在一5 以下的 气温条件下起动发动机，1 5 s 内发动机要能自行运转。 2 发动机的工作原理和节能途径 ( 1 ) 发动机的工作原理 汽车发动机工作的基本原理是：燃料燃烧释放了热能，该热能在气缸里 不断进行热力循环，将热能转变为机械能。因此，热力循环的好坏是决定发 动机动力性和经济性优劣的基础。 ( 2 ) 发动机的节能原理及途径 低速柴油机和高速柴油机的理想循环热效率： 汽油机定容加热( 奥托) 循环的热效率： 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第16 页 = 卜者 ( 2 11 ) 低速柴油机定压加热( 狄塞尔) 循环的热效率： 纠告矧( 2 - - 1 2 ) 高速柴油机混合加热循环的热效率： 纠一古耐高b ( 2 - - 1 3 ) 式中占压缩比； r 绝热指数； a 压力升高比； p 预胀比。 从以上三种理想循环的热效率公式可知，要提高发动机的热效率，应尽 量提高压缩比f 和绝热指数r 。 发动机循环热效率受各种因素影响，还由于换气损失、传热损失、时间 损失、燃烧损失、涡流和节流损失、泄漏损失、机械损失等不可避免损失的 存在，发动机的实际热效率远远小于理想循环的热效率。 实际循环的热效率可用下公式表达： ，7 ，：螋 ( 2 1 4 )，7 = j0 z 一 “ g h h u 而p ea ：i k 鼠f l ；l 以仉，i 1r m n 岛 ( 2 1 5 ) 式中，7 ，发动机的有效热效率； 只有效功率； g 。耗油量； e ，燃料低热值； f 气缸数； 矿气缸工作容积； ? o 化学计量比，即燃烧1 堙燃料所需的理论空气量； f 冲程数，四冲程f = 4 ，二冲程r = 2 ； 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第17 页 痧充量系数； 刀，指示热效率； 口空燃比； 机械效率； 刀发动机转速； 风发动机进气管的空气密度。 为了提高热效率，关键要组织好进排气过程、喷油过程、燃烧过程，减 少各种损失。主要是：提高充气效率，提高机械效率，提高热循环效率，提 高发动机