（车辆工程专业论文）轻型车燃油经济性及其道路测试研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 汽车的燃油经经济性是汽车的重要性能指标之一，随着世界石油能源的紧缺 以及全球气温的不断升高，燃油经济性问题已经引起社会的广泛关注。提高汽车 燃油经济性不仅有利于节约能源、维持汽车工业的可持续发展，还能减少温室气 体c 0 2 的排放、改善气候环境。 测量汽车的燃油消耗量通常采用两种方法。一是使用油耗仪采用容积法或者 质量法测量，这种方法是在燃料管上接流量计，直接测定燃料消耗量，虽然获得 的数据精度较高，但是存在需要对燃油系统进行改装，必须严格防止漏油造成的 火灾的弊端。另外一种方法就是在试验室底盎测功机上结合排放来分析燃油消耗 量，采用的计算方法是碳平衡法。这种方法是目前国内外普遍使用的油耗测量方 法。但是由于其模拟的工况不能反映实际道路驾驶行为等原因，此法也未能完全 反映车辆实际道路油耗( c 0 2 排放) 情况。 为了更深入地了解车辆实际道路油耗( c 0 2 排放) 状况，从而也为我国制 定有效的机动车油耗政策提供科学客观的数据，本课题提出了采用车载排放测试 的方法来研究实际道路行驶机动车的油耗( c 0 2 排放) 。通过对车载排放测试设 备( p e m s ) 及车辆道路排放影响特征深入的研究，提出了适合我国国情的车辆 道路测试方法。 本课题研究有针对性地选择7 4 辆城市( 天津) 在用轻型车和适当的测试路 线，采用日本h o r 旧a 公司的o b s 2 2 0 0 车载测试设备于2 0 0 6 3 2 8 2 0 0 6 4 8 在实际道路上进行一系列的道路测试并获得了大量客观有效的数据。 在对试验数据的处理中我们分析了测试路线的工况特性；结合汽车燃油消耗 率( c 0 2 质量排放率) 的空削分布图，得出了汽车在不同道路上行驶时的燃油 消耗率( c 0 2 质量排放率) 情况；针对车辆在实际道路条件下按照瞬态工况行 驶的特点，引入瞬态工况参数，构建污染物质量排放矩阵，对汽车燃油消耗率 ( c 0 2 质量排放率) 的瞬念分佛情况进行研究。由此得出的图形可以很直观的 发现由于车辆行驶情况的改变对车辆燃油消耗情况的影响。此外我们还对实测的 百公里油耗和法规规定油耗限值进行了比较分析。随着道路车载测试的广泛应 用，越束越多车辆的道路实测百公里油耗值将会被收集，这也有利于政府制定更 加客观科学的油耗限值法规。 关键词：汽车燃油经济性，测试方法，车载排放测试设备，道路测试 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t f u e le c o n o m yi so n eo ft h e a u t o m o b i l e s a st h es c a r c j t yo fp e t r o l i m p o r t a n tp e r f o r m a n c eg u i d e l i n e s o f r e s o u r c ei nt h ew o r l da n dt h er i s eo ft h e g l o b a lt e m p e r a t u r e 。f u e ie c o n o m yh a s a r o u s e dc o m p r e h e n s i v ea t t e n t i o ni no u r s o c i e t y i ti sn o to n l yu s e f u lt os a v ee n e r g ys o u r c e sa n dm a i n t a i nt h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tb u ta l s ot ol e s s e nt h ee m i s s i o no fg r e e n h o u s e g a s c 0 2a n di m p r o v ec l i m a t ec o n d i t i o nb yi m p r o v i n ga u t o m o b i l ef u e le c o n o m y , g e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h e r ea r et w om e t h o d st om e a s u r ea u t o m o b i l ef u e l c o n s u m p t i o n f i r s t ，i ti sc a l l e d 。c a p a c i t ym e t h o d ”o r 。q u a l i t ym e t h o d ”，t h i s m e t h o dc a n d i r e c t l ym e a s u r et h ef u e lc o n s u m p t i o nb yc o n n e c t i n ga f l o w m e t e r o nt h ef u e lp i p e t h o u g hi tc a na c q u i r eah i g h e rd e g r e ed a t a ，t h e r ei sa d i s a d v a n t a g et h a tw es h o u l dr e f i tt h ef u e ls y s t e mt os t r i c t l ya v o i df u e l l e a k t h e s e c o n dm e t h o dc a l l e d “c a r b o nb a l a n c em e t h o d ”i st h a ta n a l y z et h ef u e l c o n s u m p t i o nc o m b i n i n ge m i s s i o nb yc h a s s i sd y n a m o m e t e r s t h i sm e t h o di sa g e n e r a l l yg l o b a lf u e lc o n s u m p t i o nm e a s u r e m e n tn o w a d a y s b u ti t i sa l s o u n a b l et or e f l e c tt h er e a l - w o r l df u e lc o n s u m p t i o n ( c 0 2e m i s s i o n ) p e r f e c t l yf o r t h er e a s o nt h a ti t sd r i v ec y c l ec a nn o tr e f l e c ta c t u a ld r i v i n gb e h a v i o ra n ds oo n i no r d e rt ou n d e r s t a n dr e a l - w o r l dv e h i c l e sf u e lc o n s u m p t i o n ( c 0 2 e m i s s i o n ) t h o r o u g h l y , a n dp r o v i d et h es c i e n t i f i c d a t af o ro u rc o u n t r yt o e s t a b l i s hp o l i c yo nf u e l c o n s u m p t i o nc o n t r o l ，t h i ss t u d yu s e so n b o a r d e m i s s i o nt e s tm e t h o dt or e s e a r c hr e a l w o r l dv e h i c l ef u e lc o n s u m p t i o n ( c 0 2 e m i s s i o n ) t h r o u g ht h er e s e a r c ho fp o r t a b l ee m i s s i o nm e a s u r e m e n ts y s t e m s ( p e m s ) a n do n - r o a dv e h i c l e se m i s s i o n sc h a r a c t e r i s t i c 。w ep r o p o s e ds u i t a b l e o n r o a dv e h i c l e st e s tm e t h o df o ro u rc o u n t r y , w ec h o s e7 4l i g h t d u t yi n u s ev e h i c l e s ( 币n a j i n ) a n da na p p r o p r i a t er o u t e f o rt e s tp e r t i n e n t l y , a n dc a r r i e do u tm a n yr e a l w o r l dt e s t sb yo b s - - 2 2 0 0o f h o r i b ad u r i n gm a t c h2 82 0 0 6t oa p r i l82 0 0 6 al o to fo b j e c t i v ea n de f f e c t i v e d a t eh a sb e e na c q u i r e db yt h e s et e s t s d u r i n gt r e a t i n gw i t ht r a i l d a t a ，w ea n a l y z e da c t u a ld r i v i n gb e h a v i o ro ft e s t r o u t e ；g o tt h ec h a r a c t e r i s t i ct h a tf u e lc o n s u m p t i o n p e r f o r m a n c ew h e nt h e v e h i c l ed r o v eo nt h ed i f f e r e n tr o a db y t a k i n ga d v a n t a g eo ft h es p a c e d i s t r i b u t i n gd r a w i n go f f u e lc o n s u m p t i o n ( c 0 2m a s se m i s s i o n ) ；b e c a u s e 武汉理工大学硕士学位论文 v e h i c l e sr u na si n s t a n t a n e o u sc y c l ew h e nt h e ya r ed r i v i n go nr e a lr o a d ，w e j n t r o d u c e dj n s t a n t a n e o u sc y c l ep a r a m e t e r sa n dc o n s t r u c t e dp o l l u t a n tm a s s e m i s s i o nm a t r i x t h e nr e s e a r c h e do ni n s t a n t a n e o u sd i s t r i b u t eo ff u e i c o n s u m p t i o n ( c 0 2m a s se m i s s i o n ) w ec a ne a s i l y f i n d 价ee f f e c to nt h e v e h i c l ef u e lc o n s u m p t i o np e d o r m a n c eb yt h et r a f f i cf r o mt h ep i c t u r ed r a w n a c c o r d i n gt ot h em a t r i x i na d d i s o n ，w ec o m p a r e d t h e10 0 k mf u e lc o n s u m p t j o n o ft e s tw i t ht h el i m i tf r o mt h er e g u l a t i o n a l o n gw i t ht h ee x t e n s i v eu s eo ft h e p e m s m o r ea n dm o r ed a t eo f1o o k mf u e lc o n s u m p t i o no ft e s tv e h i c l e sw i l ib e c o l l e c t e d ，a n da l lo ft h e s ed a t ew i b eu s e f u jt oo u rg o v e r n m e n te s t a b l i s hm o r e o b j e c t i v ea n ds c i e n t i f i cf u e lc o n s u m p t i o nl i m i t sr e g u l a t i o n k e y w o r d ：f u e le c o n o m y ，m e a s u r e m e n tm e t h o d ，p e m s r e a l w o r l dt e s t m 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 t 国家的石油能源现状堪忧 全国最近油气资源评价结果表明，我国石油地质资源量为9 4 0 亿吨，结合 目前技术经济条件分析，最终石油可采资源量为1 4 0 亿吨左右。尽管我国的石 油产量达到3 4 0 万桶天，是世界第五大产油国，但还是不能满足国内的需求。 自1 9 9 3 年以来，中国一直就是石油净进口国。 原因很简单。一方面中国现有的主要油田的产量都在经历着自然下滑。目前 中国约3 0 的石油产量来自其最大的油田大庆油田。然而，自1 9 6 3 年起一直是 中国产油大户的大庆油田是个成熟油田，其产量平均每年以2 2 的速度递减， 到2 0 0 6 年的产量下降了将近3 。第二大油田辽河油田的产量也一直在下降。 但另一方面主要的原因则是中国是世界上石油消费增长速度最快的国家。近 年来，随着我国国民经济的持续快速发展，我国的石油消费量逐年增加，2 0 0 2 年达到2 4 5 7 亿吨，排名已超过日本，成为继美国之后的第二大石油消费国。 中国目前石油需求的3 5 依赖进口，未来1 5 年内，我国国民经济将以7 左右 的速度发展，原油需求将以4 左右的速度增加；同期国内原油产量明显低于原 油需求增长量，国内原油供需缺1 3 逐年加大。根据国际能源署o e a ) 估计，2 0 1 0 年，中国的石油进口量将超过1 亿吨，相当于科威特一年的总产量，而到2 0 3 0 年，中国的石油进口比例将高达8 4 。尽管这样一个高比例的进口并不是独此 一家，同本和韩国的石油消费1 0 0 依赖进口，但这还是让中国更加受制于中东 的石油安全。 1 1 2 汽车工业的快速发展带动石油消耗量速度的快速增长 自1 9 5 6 年中国开始生产自己的汽车以来，我国的汽车工业一直处于迅猛发 展的势头，每年的保有量都以1 0 以上的速度在增长，轿车生产的速度达到1 5 2 0 。1 9 9 0 年产量达到5 0 力i 辆，1 9 9 2 年产量突破百万，达到1 0 7 万辆，1 9 9 7 年达到1 5 8 万辆近年来，中国汽车产业发展更为迅速，竞争f 1 益激烈。特 别是加入世贸组织后的几年，我困经济发展更是迈入了一个新阶段，汽车年产量 不断跨越百万里程。2 0 0 6 年，中国汽车产量为7 2 8 万辆，比上年增长2 7 6 ， 武汉理工大学硕士学位论文 已超过德国，仅次于美国、日本，居世界第三位。而据统计，目前在美国有超过 1 亿辆车在路上行驶，美国每年销售新车约1 4 0 0 万辆左右，人口3 亿；日本每 年销售新车8 0 0 万辆左右，人口1 3 亿；德国每年销售新车7 0 0 万辆左右，人 口8 2 0 0 万。我国的人口是1 4 亿，相比之下，7 0 0 万辆只是一个里程碑，而非 终点，中国汽车未来的发展空间还非常广阔。研究人员预测，到2 0 2 0 年，中国 的汽车年产量将达到1 5 0 0 万辆，同时，中国也会超越美国成为世界上最大的汽 车市场。 随着车辆保有量的快速增长，汽柴油需求量也呈现较大的增长速度。从1 9 9 6 年到2 0 0 6 年，汽柴油需要量从7 7 0 0 万吨，增长到12 4 0 0 万吨，增长率达到 7 0 4 ，一般汽柴油要占到原油加工量的5 0 以上。在目前的国际形势下，中国 这样的原油进口增长量和汽车消耗石油资源的趋势，不加以控制，将严重影响到 中国的能源安全性。国家一方面需要积极寻求新的替代能源，而另一方面就是要 提高汽车能源经济性，保证汽车工业持续健康地发展。 1 1 3 减少c 0 2 排放意义重大 地球在接受太阳短波辐射的同时，会不断向外发射长波辐射。大气中有一些 气体具有吸收长波辐射并使其返回地表的特性，因而会使地球外逸辐射减少，导 致气温升高，这种现象被称为温室效应。而产生温室效应的气体包括二氧化碳、 甲烷、氮氧化物、氟氯烷烃、臭氧等。 温室效应越来越强，会使全球气温普遍上升，导致南北极地和高原冰川消融、 海水膨胀和海平面上升。地球将面临中纬度地区生态系统和农业带向极区迁移、 生物多样性降低、突发性气候灾难频度增加等现象，直接影响人类的生存与发展。 京都会议上，每个国家精确的温室气体减少目标得到通过，总体目标是第一阶段 设想把3 9 个工业化国家的温室气体排放量按1 9 9 0 年的水品平均减少5 2 ，而 美国应该减少7 。发展中国家依照。共同但有区别的责任“的原则，也要承担控 制气候变化的责任。 最近研究结果表明，人为造成的各种温室气体对全球的温室效应所起作用的 比例不同。其中c 0 2 的作用占5 5 、c f c 占2 4 、c h 4 占1 5 、n 2 0 占6 ，因此c 0 2 的增加是造成温室效应的最主要原因。减少c 0 2 的排放对人类 的生存和发展意义重大。 当前，我国汽车的发展势头迅猛，车用燃油已经成为主要的石油消耗，2 0 0 0 年汽车消耗汽油约3 0 0 0 万吨，柴油2 0 0 0 万吨，接近于所有原油提炼的汽、柴 油的一半。而石油燃烧产生的主要排放为c 0 2 ，按照每千克汽油排放3 1 7 7 9 的 c 0 2 计算，2 0 0 0 年汽油车排放的c 0 2 约为1 亿吨。而柴油车的c 0 2 排放也相 2 武汉理工大学碗七学位论文 当可观。 如果想大量增加汽车的产量和保有量，又想维持c 0 2 排放不大量增加，我 们只有积极提高汽车的燃油经济性，使汽车的单车油耗降低，以容纳更多的车辆。 否则，环境的恶化也将限制汽车工业的可持续发展。 1 2 研究目的与意义 自从汽车诞生以来，燃料经济性作为重要的性能指标之一，己成为汽车技术 人员多年来研究的焦点。近年来，由于安全及排放问题日益突出，对燃油经济性 的关注有所淡薄，但随着世界性的石油危机的发生，燃油经济性再次被提到了议 事日程。 本研究的目的是利用车载排放测试系统对车辆进行实际道路行驶时的实时 测量，从而获取车辆在道路测试中准确科学的排放和油耗( 利用碳平衡法计算得 到的) 数据，进而具体分析交通流即行驶工况特征对汽车燃油消耗的影响，建立 道路车辆燃油消耗c 0 2 排放水平模式，确切了解车辆在实际道路上行驶时的燃 油消耗( c 0 2 排放) 情况，为国家相关决策提供科学依据，为行业服务扩展新 的方向。 道路行驶车辆的燃油消耗受很多因素的影响，如车辆的技术状况( 发动机的 技术状况和底盘的技术状况) ，车辆载重及拖运情况，环境条件( 大气温度、湿度、 风速等) ，实际道路状况潞面的好坏、宽度、车流量、红绿灯的数目、是否机非 混行、交通的管理等) ，和驾驶行为( 如激烈型和温柔型) 等。相同的车辆在不 同的道路、交通管理措施、驾驶行为等状况下运行，其燃油消耗( c 0 2 排放) 有着显著的区别，而以往的实验室内的检测方法不足以反映出这些变化特性。因 此，了解车辆在实际道路的燃油消耗( c 0 2 排放) 是非常必要的。本次研究是 在国内第一次使用车载排放测试系统( p e m s ) ，从一个崭新的角度来量化和评 价道路车辆燃油消耗( c 0 2 排放) ，这不仅有利于我国在该领域内达到国际先进 水平，而且能为制定全面丽有效的汽车燃油经济性法规奠定坚实的基础。 本研究还有着重大的社会经济价值。节约燃油以及保护环境是关系到我国经 济和社会发展的两个重要方面，一味的追求经济的发展而忽视资源的节约利辟以 及生存环境的保护，我们必将会为此短视行为付出惨重的代价，导致在不久的将 来人类不得不殚精竭虑地丌发新能源和以成倍的资金投入来重新治理环境，陷入 经济的不可持续发展的恶性循环中。 武汉理t 大学硕二仁学位论文 1 3 研究内容与技术路线 1 3 1 研究内容 根据国内外情况及本课题研究小组现有的科研基础，确定研究内容包括： 1 、熟悉车载测试设备o b s 的安装、使用以及故障处理方法； 2 、了解0 b s 设备对汽车排放尾气及燃油消耗量的瞬时测量方法； 3 、完成对7 4 辆轻型城市( 天津) 在用车的道路测试； 4 、接受美国专家对试验数据处理方法的培训； 5 、分析行驶工况与道路燃油消耗量( c 0 2 的排放) 的关系； 6 、对比分析实测百公里油耗和法规规定油耗限值。 1 3 2 技术路线 图1 1 轻型车燃油经济性及其道路测试研究的技术路线 4 武汉理工大学硕士学位论文 第二章汽车燃油经济性的影响因素、评价标准以及 国内外燃油经济性法规的发展情况 2 1 影响汽车燃油经济性的因素 汽车燃油经济性是指在保证汽车动力性的基础上，以尽可能少的燃油消耗行 驶的能力。影响汽车燃油经济性的因素很多，下面的章节将从几个方面来分析影 响在用车燃油经济性的因素以及影响情况。 2 1 1 汽车结构方面的影响 2 1 1 1 轿车的总尺寸及其整备质量 由实测数据说明，又大又重的豪华型轿车比小而轻的轻型或微型汽车的油耗 几乎要高3 5 倍。大型轿车费油的原因是大幅度地增加了滚动阻力、空气阻力、 坡度阻力和加速阻力。为了保证高动力性而装用的大排量发动机，行驶中负荷率 低也是原因之一。为了减轻质量，轿车选用材料中的铝与复合材料的比例日曾增 加。 2 1 1 2 发动机 发动机的热损失与机构损耗占燃油化学能中的6 5 左右。显然，发动机是 对汽车燃油经济性最有影响的部件。目前看来提高发动机经济性的主要途径为： 1 ) 提高现有汽车发动机的热效率与机构效率； 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。 2 1 1 3 行驶档位的选择 传动系的档位增多后，增加了选用合适挡位使发动机处于经济工作状况的机 会，有利于提高燃油经济性。因此，近年来轿车手动变速器已基本上采用5 挡， 也有采用6 挡的。大货车有采用更多挡位的趋势。如装载质量为4 t 的五十铃货 车装用了7 挡变速器。由专职驾驶员驾驶的重型汽车和牵引车，为了改善动力性， 变速器的挡位可多至1 0 1 6 个。但不能为了提高性能而过多地增加有级式变速 5 武汉理工大学硕士学位论文 器的挡数。因为这将使传动系过于复杂，而且也不便于操作选用。 对于无级变速器，在任何条件下都提供了使发动机在最经济工况下工作的可 能性。若无级变速器始终能维持较高的机械效率，则汽车的燃油经济性将显著提 高。 2 1 1 4 汽车外形与轮胎 降低c d 值是节约燃油的有效途径。汽车对轮胎提出各种要求，如强度、耐 磨性、耐久性及要求它保证动力、经济等各种使用性能。现在公认的子午线轮胎 的综合性能最好。由于它的滚动阻力小，与一般的斜交轮胎相比，可节油6 8 。 2 1 2 汽车使用方面的影响 2 ，1 2 行驶车速 汽车在接近于低速的中等车速时燃油消耗量q s 最低，高速时随车速增加 q s 迅速加大。这是因为在高速行驶时，虽然发动机的负荷率较高，但汽车的行 驶阻力增加很多而导致百公里油耗增加的缘故。 2 1 2 2 档位选择 在一定道路上，汽车用不同排挡行驶，燃油消耗量是不一样的。显然，在同 道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但档位越低，后备功率越大， 发动机的负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，而使用高挡 时的情况则相反。 2 2 3 挂车的应用 运输企业中普遍拖带挂车。这是提高运输生产率和降低成本，包括降低燃油 消耗量的一项有效措施。如“解放”牌c a l 0 b 汽车经常拖挂4 5 5 t 挂车，行驶 于坡度小于8 、最大坡度小于1 1 的道路上，生产率可提高3 0 - 5 0 ，油耗 可降低2 0 一3 0 ( 以1 0 0 t k m 计) 。应注意，拖带挂车后，虽然汽车总的燃油 消耗量增加了，但以1 0 0 t k m 计的油耗却下降了，即分摊到每吨货物上的油耗 下降了。拖带挂车后节省燃油的原因有两个：是带挂车后阻力增加，发动机的 负荷率增加，使燃油消耗率b 下降；另一个原因是汽车列车的质量利用系数( 即 装载质量与整车整备质量之比) 较大。 6 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 2 4 正确的保养与调整 汽车的调整与保养会影响到发动机的性能与汽车行驶阻力，所以对百公里油 耗有相当影响。例如，一般驾驶员常用滑行距离来检查底盘的技术状况。当汽车 的前轮定位正确，制动器摩擦片与制动鼓有正常的问隙，轮胎气压正常，各相对 运动零部件滑磨表面光洁、间隙恰当并有充分的润滑油时，底盘的行驶阻力减小， 滑行距离便大大增加。阻力较小的装载质量为2 5 t 的汽车，在良好水平道路上 以3 0 k m h 的车速开始摘挡滑行，滑行距离应达2 0 0 2 5 0 m 。当滑行距离由2 0 0 m 增至2 5 0 m 时，油耗可降低7 。 2 1 3 其它方面的影响 除了上述的汽车结构以及使用方面对燃油经济性的影响外，汽车行驶时的道 路条件和气候( 包括路面质量，交通混合情况，平原还是坡道，海拔高度和天气) 以及频繁出现的加速、减速、怠速停车等行驶工况对汽车的燃油消耗量也有很大 的影响。本文正是着重考虑在其它条件同等的情况下汽车的行驶工况与燃油消耗 量的关系。 2 2 汽车燃油经济性的评价指标 在不同的国家和地区，衡量汽车燃油经济性的标准各有不同。在我国以及欧 洲，燃油经济性的指标是汽车每行驶百公里消耗的燃油升数，单位是l 10 0 k i n 。 其数值越大，汽车的燃油经济性越差；而在美国，衡量汽车燃油经济性的指标是 每加仑燃油所能行驶的英里数，单位为m p g 即m i l e u s g a l ，这个数值越大，汽 车的燃油经济性越好( 1 u s g a l = 4 5 4 6 l ，1 m i l e = 1 6 0 9 k m ) 。 2 2 1 等速百公里油耗 等速行驶百公里油耗是比较常用的种汽车燃油经济性的评价指标，指的是 汽车在额定载荷下，在无坡度的平直路面上以等速行驶时的油耗。这里所谓的等 速，还要计入以不同车速等速行驶的情况，因为汽车以不同车速的等速行驶，百 公里油耗是不同的。测试时，通常是在最高档在平直路面上每隔1 0 k m h 或 2 0 k m h 测出汽车的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，即汽车的等 速百公里燃油消耗曲线，一殷都是用这个曲线束评价汽车的燃油经济性。等速百 公旱燃油消耗曲线的形状一般来说都是两头高中删低，而到达中问最低点时最省 油，因此曲线最低点相对应的车速就被称作经济车速。汽车厂在车辆给出的参数 7 武汉理工大学硕士学位论文 中的油耗其实就是汽车在经济车速等速行驶的百公里油耗，而在平时的驾驶过程 中，是很难达到这一经济油耗的。 2 2 2 循环油耗 在实际的驾驶过程中，等速行驶工况并不能全面反映汽车的实际运行情况， 特别是在市区行驶时频繁出现的加速、减速、怠速停车等行驶工况。等速行驶百 公里油耗实际上也不能准确地评定汽车的燃油经济性。因此，世界各国都制订了 一些典型的循环行驶试验工况来模拟汽车的实际运行状况，并以其百公里燃油消 耗量，即循环油耗来评定汽车的燃油经济性。循环工况至少要规定等速、加速和 减速三种工况，复杂的还要计入起动和怠速等多种工况，并且还规定了定的行 驶规范，如：何时换档、何时制动、以及行车的速度和加速度等数值。在我国， 有6 工况循环油耗和城市4 工况循环油耗，并规定以等速百公里燃浊消耗量和 最高档全油门行驶5 0 0 m 的加速油耗作为单项评价指标，以循环工况油耗作为综 合性评价指标。欧洲经济委员会( e c e ) 规定，要测量城市行驶循环( c i t yd r i v i n g c y c l e ) 油耗和公路行驶循环( e x t r au r b a nd r i v i n gc y c l e ) 油耗，并以此来计算 综合燃油经济性，作为评定汽车百公里油耗的评价指标。而在美国，美国环境保 护局( e p a ) 规定，要测量市内循环工况( u d d s ) 以及公路循环工况( h w f e - r ) 的燃油经济性( 单位为每加燃油汽车行驶的英里数，m i l e u s g a l ) ，并以此来计 算综合燃油经济性( 单位为m i l e u s g a l ) ，作为燃油经济性的综合评定指标。 2 3 汽车燃油经济性的评价体系 汽车燃料消耗量评价体系是指表示燃料消耗量限值的方式，国际上燃料经济 性标准( 或称能效标准) 分为三大类：指令性标准、最低能源性标准和平均能效 标准。这些标准可以是强制性的也可以是自愿性的，实施的类型取决于各国政府 的意志。 2 3 1 美国的评价体系 美国采用的体系是“公司平均燃料经济性”( c o r p o r a t ea v e r a g ef u e l e c o n o m y ) ，简 g c a f e ，它是国际上称作的平均能效标准。即汽车公司每年销 售的各车型的燃料消耗量，以该车型所占总销售量的百分比进行加权，再将加权 后的各车型的燃料消耗量总加起来，得到该公司的平均燃科消耗量。c a f e 的 主要优点是政府可以总量控制汽车的燃料消耗量，又不妨碍各汽车厂生产不同燃 8 武汉理工大学硕t 学位论文 油耗的汽车，但前提是汽车公司必须生产大小不同的车型才能实现。 2 3 2 日本的评价体系 日本采用的评价体系是按整备质量分组，对每个质量组提出不同的限值，这 种标准是国际上称作的最低能源性标准，但日本进行了改良。我们称它为：最低 能源性标准+ 平均能效标准。 汽车制造厂在每个质量组内销售的各个车型，可以按c a f e 方式进行加权平 均( 质量分组+ - j , c a f e ) 。这种方式的优点是，对生产各种质量车型的汽车制 造厂，都会受到降低燃料消耗量的压力，并且还能体现政府对不同质量汽车的倾 向性意图。 2 3 3 我国的评价体系 我们对国产乘用车燃料消耗量的普查和随后的统计分析表明，汽车的质量对 其燃料消耗量有着决定性影响，并且结合我国目前各汽车制造厂只生产少量车型 的现状，决定采用按整车整备质量分组的方式。同时还考虑到即使在某一质量段 内，我们目前还没有采用小c a f e 方式的条件。因此，不能像日本那样，只分 为9 个质量段，而采取参照汽车排放标准对基准质量的分等方法，将整备质量分 为1 6 段，这样对于各汽车制造厂的产品的要求均等。 2 4 国内外汽车燃油经济性法规的发展情况 上世纪七十年代中期以前，世界各国还没有强制执行的汽车油耗法规或标 准。1 9 7 3 年中东石油危机后，世界石油价格飞涨。此外，石油资源的逐渐枯竭： 也威胁到人类长远的j 下常生活。许多工业发达国家同时也是石油主要进口国，他 们进口的石油有相当大的部分消耗在汽车上，从能源的安全性考虑，如果不控制 汽车的油耗，他们的经济发展可能会受控于石油出口国。因此他们纷纷出台燃油 经济性法规来控制汽车的燃油消耗。 2 4 1 美国汽车油耗法规 1 9 7 3 年中东石油危机之后，世界石油价格飞涨，美国相当一部分的石油是 从中东进1 3 的，油价也受到重大影响。美国每个家庭平均都有1 2 辆轿车，油 价与美国人民的生活息息相关。于是，1 9 7 5 年美国政府在能源保护法和能源政 9 武汉理工大学硕士学位论文 策的基础上制订了控制汽车燃油消耗量的法规来迫使各汽车厂大幅度降低其汽 车产品的燃油消耗量，以减少美国人民的燃油支出和缓解石油资源枯竭的矛盾， 提高美国能源的安全性。 美国油耗法规控制的是轿车和轻型货车。对于中重型货车，他们认为基本属 于运营性的，油耗占运营成本的比例较大，车主非常关心其车辆的燃油消耗量， 因此这部分车辆的油耗可以通过市场竞争加以解决，政府只需引导，不必干预。 此外，中重型货车在设计和设置上所达到的功能与轿车完全不同，配置基本类似 的车辆，它们的装载能力可能在一个较大范围内变化，它们的驱动桥和传动系的 能力有的可以在恶劣条件下牵引和拖挂重负荷，有的车辆需要在较为恶劣的运行 工况下取得较长的寿命和较好的可靠性，因此很难确定一个合理的油耗限值。 美国油耗法规中燃油经济性的测定是结合排放测试进行的，先分别测定每种 车型的排气排放物，再利用碳平衡法得到该车型以英里加仑表示的燃油经济性。 测试循环f t p 7 5 工况由冷态过度工况( 0 5 0 5 s ) 、稳态工况( 5 0 6 1 3 7 0 s ) 加上6 0 0 s 的热寝车和热态过渡工况( 重复冷态过渡工况) 四个阶段构成了，持 续时间2 4 7 5 s ，行驶距离为1 7 7 k m ，平均速度为3 4 1k m h 。图2 1 所示的是 f t p 7 5 工况循环。 7 0 6 0 卯 二 4 0 二 i3 0 雳 2 0 1 0 0仙1 f l n m 棚 02 0 04 0 06 0 08 1 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 0 2 0 0 0 t i m e t 2 4 2 欧洲汽车油耗法规 图2 1f t p 7 5 工况 欧洲直到目前还没有控制油耗的法规。1 9 8 0 年欧洲经济共同体( e e c ) 颁 布了关于燃油消耗量的指令- - 8 0 1 2 6 8 e e c ，1 9 8 9 年、1 9 9 3 年和1 9 9 9 年经 过8 9 4 5 1 e e c 、9 3 1 1 6 e c 和1 9 9 9 1 0 0 e c 的修订，现在全称为“关于机 动车的二氧化碳排放物和燃油消耗量”，其中没有限值，只有试验方法。目前政 府采用每年公布各车型的实测油耗值的方法末引导用户的购买意向，采用的是市 武汉理工大学硕士学位论文 场竞争机制，不是政府的强制控制。 从e e c 的指令可以明确地看到，欧洲已将二氧化碳和燃油消耗量结在一起 考虑。根据欧盟委员会和欧洲汽车协会的协议，欧洲汽车制造厂正致力于在2 0 0 8 年，将他们总质量不大于2 5 吨的m 1 类车的二氧化碳全欧盟的平均排放量， 自愿地降低至1 4 0g k m 。欧盟委员会和议会则设想，2 0 1 0 年二氧化碳的全欧 盟的平均排放量迸一步降至1 2 0 9 k m 。 欧洲的燃油消耗量的测定也是结合排放测试进行的，目前采用的测试循环称 为新欧洲驾驶循坏( n e d c ) ，它是由四个市内驾驶循环( e c e l5 ) 和一个市郊 驾驶循环( e u d c ) 构成。在测试时先测定每种车型的排气排放物，再利用碳平 衡法公式计算得到该车型以l 1 0 0 k m 表示的燃油消耗量f e 。 e c e l 5 工况行驶4 0 5 2 k m 、运行时间为7 8 0 s 、平均速度1 8 7 k m h ，最高 速度为5 0 k m h ：e u d c 工况行驶6 9 5 5 k m 、运行时间为4 0 0 s 、平均速度为 6 2 6 i m h 、最高速度为1 2 0 k m h 。分别见图2 2 和图2 3 。 i 舯 。棚 | 柏 八 几 - k ， | 图2 2e c e l 5 工况 2 4 。3 日本汽车油耗法规 l ” ；： f l _ 。一 、i | 憎 捌柚 埘 n _ k 图2 - 3e u d c 工况 1 9 7 9 年日本以法律形式颁抑了“能源合理消耗法”、“能源合理消耗法实施 政令”、“关于确定机动车能源利用率的省令”和“制造者关于改善机动车性能的 准则”。这些法律性文件中舰定了控制汽车油耗的运转循环和限值，油耗的计算 也是采用碳平衡法，而限值的规定则采用的是质量分段法。 当前r 本对燃油消耗测试的运转循环采用的是1 0 1 5 工况。1 0 一1 5 工况由三 个1 0 工况和一个1 5 工况构成。整个循环的彳亍驶距离为4 ，1 6 k m 、平均速度为 2 2 7 k m h 、运行时问为6 6 0 s 。图2 4 所示的是1 0 1 5 工况程序。 1 l 武汉理工大学硕士学位论文 t , 5 - m o de = 出烹融r 刀。一 l | u j l o - - i l a o d e 0 - m o d e 1 0 - m d d e v 一 iv luj f |“ 1 型。 。i | i 。 l 1f ll 一 l f ： ij o1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0 2 4 4 我国汽车油耗法规 图2 41 0 1 5 工况 我国汽车行业从八十年代初就开始了制定汽车油耗标准的工作，制定了测定 各类车辆燃油消耗量的统一试验方法标准，并颁布了各类车辆的行业性燃油消耗 量限值标准，如g b 厂r 1 2 5 4 5 1 9 9 0 汽车燃料消耗量试验方法，j b3 8 0 9 - 1 9 8 4 载货汽车燃料消耗量限值，j b3 8 0 6 1 9 8 4 重型载货汽车燃料消耗量限值， g b 厂r 1 2 5 4 5 1 2 0 0 1 乘用车燃料消耗量试验方法等，由于这些都是行业性或 推荐性的标准，起不到促进汽车降低燃油消耗的作用。 2 0 0 4 年，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 l 9 5 7 8 2 0 0 4 ) 出台。该标准分两个阶段实施，第一阶段的执行日期为2 0 0 5 年7 月1 日，第二阶段的执行同期为2 0 0 8 年1 月1 日。乘用车燃料消耗量限 值由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会联合发布，该标准按 照整车整备质量对乘用车燃料消耗量的限值提出了要求。比如一辆整车整备质量 为1 吨的乘用车在第一阶段的燃料消耗限值是8 3 升百公里，第二阶段是7 5 升百公里。整车整备质量为2 吨的乘用车第一阶段的燃料消耗量限值是1 2 ，8 升 百公里，第二阶段的限值是1 1 5 升百公罩。整车整备质量在2 5 吨以上小于 3 5 吨的乘用车第一阶段的燃料消耗量限值是1 5 5 升百公里，第二阶段的限值 是1 3 9 百公罩。在我国的汽车燃料消耗量测试方法中使用的测试循环是参照欧 盟的工况循环( n e d c ) ，而计算燃油消耗量同样采用碳平衡法。 1 2 0 o 0 0 o 0 0 o o 阳 加 如 协 。 董点蔷。d s 武汉理工大学硕士学位论文 第三章汽车燃油消耗量测试方法的研究 3 1 汽车燃油消耗量测试方法概述 目前，国内外常用的燃油消耗的测定方法一般分为两种：一种是试验场的水 平路上进行的室外试验；另一种是在调温室内进行的室内试验，可以用排放分析 仪等测试设备对燃料经济性进行测试，通常是在不受气象影响的实验室内进行。 燃油消耗量测试方法也可以按直接测试和间接测试分为以下几种1 ) ：( 见表3 一 表3 1 ：汽车燃油消耗量的测试方法及其优缺点 测定方法概要优点缺点 碳平衡法 测定排气中的含碳量计算 不需要车辆方面的改需要大规模的专 出燃科消耗蓬装，可以做到高精度用设备 的燃油消耗量测定 直 燃料流量在燃科管上接流量计，直接可以精度较高的直接需要进行燃油系 接测试法测定燃料消耗鼙测定燃油消耗鼍统的改装，必须严 测格防止漏油造成 定的火灾 满油箱法 每次行驶时加满油箱，测定 不川进行车辆的改由于油箱内的残 燃料的消耗鼙装，不州使h 特殊的留空气会造成加 仪器就可以测定 油鲑的差异较人， 很难做到高精度 的测定 燃料喷射测定由发动机e c u 发出指只要小规模的币辆改因为是间接测定， 量累计法令的喷射驱动信号。由驱动装，可以进行道路燃必须进行燃油消 间时间算出喷射颦，根据它的油消耗鼙的测定耗苗的骏证 接累计算出燃油消耗链 测空燃比测通过测定发动机吸入空气! 只要小规模的下辆改：冈为是问接测定， 定定法晕碧i 空燃比，算出每个测蛙装，可以进行道路燃必须进行燃油消 周期的燃油消耗昔。根据它油消耗避的测定耗钴的验证 的累计，算出燃油消耗昔。：； 武汉理1 = 大学硕 学位论文 在上述的测试方法中，主要以燃料流量测试法和碳平衡法为主。但是这里所 说的碳平衡法通常是指在实验室底盘测功机上根据指定的循环结合排放测试仪 来分析的。而本课题的研究则开辟了燃油消耗量测试的一个新途径，它使用同本 h o r i b a 公司生产的o b s - - 2 2 0 0 便携式车载测试设备对汽车排放和燃料消耗量 进行道路实时测试，而计算燃油消耗量依然使用碳平衡法。 3 2 燃料流量测试法 3 。2 i1 汽车燃油消耗仪( 蓠称油耗计) 的种类 汽车的燃料消耗量是用油耗计( 包括油耗传感器和二次仪表) 来测量的。而油 耗计种类繁多，按测量方法可分为：容积式油耗计、质量式油耗计、流量式油耗 计、流速式油耗计。大多数油耗计都能连续、累计