第二章 汽车的燃油经济性幻灯片.ppt

思考题 1 油耗率be的单位是什么 表示的意义是什么 2 什么是负荷特性 负荷特性曲线的变化趋势如何 意义是什么 3 负荷率是什么 油耗最低的负荷率是什么 4 同一发动机转速下 油耗率最低的节气门开度是多大 第二章汽车的燃油经济性 定义汽车相对于所完成的运输工作耗油量的大小 称为汽车的燃油经济性 汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃加消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量 1燃油经济性的评价指标 评价指标评价单位评价状态评价单位 按定义 汽车相对于所完成的运输工作耗油量的大小可以说成 单位运输工作 行程 运输周转量 的燃油消耗量L 100kmL 100tkmMile USgal 1燃油经济性的评价指标 在我国及欧洲 燃油经济性指标的单位为L 100Km 即行驶100km所消耗的燃油升数 对于不同载重量燃油经济性指标的单位为L 100tKm 即每t货物行驶100km所消耗的燃油升数 其数值越大 汽车燃油经济性越差 在美国 燃油经济性指标的单位为MPG或Mile USgal 指的是每加仑燃油能行驶的英里数 这个数字越大 汽车燃油经济性越好 1燃油经济性的评价指标 评价状态 测定汽车燃料经济性的试验方法有多种 根据对各种使用因素的控制程度 试验方法可分为以下几类 1 不控制的路上试验 2 控制的路上试验 试验场试验 3 路上循环试验 包括等速油耗 加速油耗 制动油耗 怠速油耗等 4 室内实验 如汽车底盘测功机 即转鼓试验台 上的循环试验 1燃油经济性的评价指标 等速行驶百公里燃油消耗等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标 指汽车在一定载荷 我国标准规定轿车为半载 货车为满载 下 以最高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量 1燃油经济性的评价指标 常测出每隔30km h或20km h速度间隔的等速百公里燃油消耗量 然后在图上连成曲线 称为等速百公里燃油消耗量曲线 用它来评价汽车的燃油经济性 如图2 1所示 等速工况并没有全面反映汽车的实际运行情况 持别是在市区行驶中频繁出现的加速 减速 怠速停车等工况 1燃油经济性的评价指标 1燃油经济性的评价指标 循环行驶工况油耗图2 2给出了联合国欧洲经济委员会 美国及我国法定的测定燃油经济性的循环行驶工况图 欧洲经济委员会 ECE 规定 要测量车速为90km h和120km h的等速百公里燃油消耗里和按ECE R 15循环工况的百公里燃油消耗量 并各取1 3相加作为混合百公里燃油消耗量来评定汽车燃油经济性 1燃油经济性的评价指标 1燃油经济性的评价指标 2汽车燃油经济性的计算 1燃油经济性的评价指标 美国环境保护局 EPA 规定 要测量城市循环工况 UDDS 及公路循环工况 HWFET 的燃油经济性 单位为每加仑燃油汽车行驶英里数mile gal 并按下式计算综合燃油经济性 单位 mile gal 1燃油经济性的评价指标 1燃油经济性的评价指标 1燃油经济性的评价指标 循环工况规定了车速 时间行驶规范 例如 何时换挡 何时制动以及行车的速度和加速度等数值 因此 它在路上试验比较困难 一般多规定在室内汽车底盘测功机 转鼓试验台 上进行测试 而规定在路上进行试验的循环工况均很简单 1燃油经济性的评价指标 自1973年发生世界石油危机后 各国十分重视节约燃油 不少国家制定了控制燃油消耗的法规 美国针对轿车制定了 公司平均燃油经济性标准 简称为CAF CAFE是指一个公司全部销售轿车的平均燃油经济性 若不能达到该标准 公司将被处以罚款 1燃油经济性的评价指标 图2 3是CAFE值随时间变化的曲线 到1989年 要求CAFE值为7 5mile USgal 相当于10 27L 100km 此后再没有明确的规定 图中1990年以后的阴影部分是美国议会讨论中提出的数值范围 1燃油经济性的评价指标 我国原机械工业部于1984年发布了货车与客车燃油消耗量限值标准 2005年乘用车燃油消耗限值 采用碳平衡法 1燃油经济性的评价指标 在1997年防止地球变暖京都会议上 欧盟主张发达国家在2010年时 温室气体排放量比1990年要减少15 这必然要求汽车燃油消耗应有相应的降低 现在世界各国正在研制21世纪新一代超经济型轿车 其油耗指标接近于3L 100km 2汽车燃油经济性的计算 在汽车设计与开发工作中 常需要根据发动机台架试验得到的万有特性因与汽车功率平衡图 对汽车燃油经济性进行估算 本节将介绍燃油经济性循环行驶试验工况的各工况 如等速行驶加速行驶减速行驶怠速停车等行驶工况的燃油消耗量计算方法 2汽车燃油经济性的计算 一 汽车等速行驶百公里油耗量和单位时间油耗量明确 uaPenbe1 等速行驶百公里油耗量为 2汽车燃油经济性的计算 2 单位时间油耗量二 燃油消耗量的计算1 等速行驶工况燃油消耗量的计算根据给出的汽油发动机的万有特性曲线 在万有特性图上有等燃油消耗率曲线 根据这些曲线 可以确定发动机在一定转速n 发出一定功率Pe时的燃油消耗率b 2汽车燃油经济性的计算 2汽车燃油经济性的计算 为了便于进行计算 按照转速n和车速ua的转换关系在横坐标上画出汽车 最高档 的行驶车速比例尺 此外 计算时还需要汽车在水平路面上等速行驶时 为克服滚动阻力与空气阻力 发动机应提供的功率 2汽车燃油经济性的计算 根据等速行驶车速ua及阻力功率P 在万有特性图上 利用插值法 可确定相应的燃油消耗率b 从而计算出以该车速等速行驶时整个等速过程行经s m 行程的燃油消耗 mL 为 2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在汽车加速行驶时 发动机还要提供为克服加速阻力所消耗的功率 2汽车燃油经济性的计算 下面计算由ua1以等加速度加速行驶至ua2的燃油消耗量 参看图 把加速过程分隔为若干区间 例如按速度每增加1km h为一个小区间 每个区间的燃油消耗量可根据其平均的单位时间燃油消耗量与行驶时间之积来求得 各区间起始或终了车速对应时刻的单位时间燃油消耗量Q1 mL s 可根据相应的发动机发出的功率与燃油消耗率求得 2汽车燃油经济性的计算 将ua2 ua1分成若干个小区间 每个区间计算燃油消耗量 将所有区间的燃油消耗量相加 等加速行驶工况燃油消耗量 2汽车燃油经济性的计算 2汽车燃油经济性的计算 将ua2 ua1分成若干个小区间 如每1Km h为一区间 速度增加1Km h所需的时间 s 发动机的功率 每个区间计算燃油消耗量 燃油消耗率 区间起始时的车速 区间燃油消耗量 2汽车燃油经济性的计算 将所有区间的燃油消耗量相加 如第一个区间的燃油消耗量为 如第二个区间的燃油消耗量为 2汽车燃油经济性的计算 等加速行驶工况燃油消耗量 等加速区间内行驶的距离 2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 等减速行驶 发动机怠速状态 等减速行驶燃油消耗量 怠速燃油消耗率 等减速行驶时间 2汽车燃油经济性的计算 减速时间t s 减速过程燃油消耗量 ml 怠速燃油消耗率 等减速过程行驶的距离 m 2汽车燃油经济性的计算 4 怠速停车时的燃油消耗量 怠速停车燃油消耗量 怠速燃油消耗率 怠速停车时间 2汽车燃油经济性的计算 5 整个循环工况的百公里燃油消耗量的计算 循环工况 等速 等加速 怠速停车 等减速 百公里燃油消耗量 整个循环行驶的距离 3影响汽车燃油经济性的因素 汽车等速百公里燃油消耗量为由上式可知 等速百公里燃油消耗量正比于等速行驶时的行驶阻力与燃油消耗率 反比于传动效率 行驶阻力 3影响汽车燃油经济性的因素 行驶阻力一方面取决于汽车的结构 另一方面于汽车的使用有关 发功机的燃油消耗率 一方面取决于发动机的种类 设计制造水平 另一方面又与汽车行驶时发动机的负荷率有关 从万有特性图上可知 发动机负荷率低时 b值显著增大 传动系的机械效率取决于结构和使用 3影响汽车燃油经济性的因素 3影响汽车燃油经济性的因素 当然 总的汽车燃油消耗还与加速 减速 制动 怠速停车等工况以及汽车附件 如空调 的使用有关 图2 8是一美国中型轿车在EPA城市和EPA公路循环工况中的燃油化学能与汽车各处消耗能量的平衡图 由图可以看出 汽车燃油消耗除与行驶阻力 滚动阻力与空气阻力 发动机燃油消耗率以及传动系效率有关之外 还与停车怠速油耗 汽车附件 空调等 消耗及制动能量损耗有关 在城市循环工况中 后三个因素的影响相当大 它们消耗的能量总计达燃油化学能的25 2 但传统结构的汽车在这些方面尚未找到突破性的提高燃油经济性的措施 3影响汽车燃油经济性的因素 3影响汽车燃油经济性的因素 影响汽车燃油经济性的因素 汽车的使用 汽车的结构 3影响汽车燃油经济性的因素 一 使用方面1 发动机启动 预热与起步遥控启动 3影响汽车燃油经济性的因素 2 行驶车速由图2 1可以看出 汽车在接近于低速的中等车速时燃油消耗量Qs最低 高速时随车速增加Qs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 1燃油经济性的评价指标 3影响汽车燃油经济性的因素 3 挡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 在同一道路条件与车速下 虽然发动机发出的功率相同 但挡位越低 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 3影响汽车燃油经济性的因素 汽车功率平衡图 3影响汽车燃油经济性的因素 4 加速滑行停车滑行合理滑行下坡滑行加速滑行 3影响汽车燃油经济性的因素 5 挂车的应用可提高运输生产率和降低成本 如降低燃油消耗量 CA10B汽车经常拖挂4 5 5t挂车 行驶于坡度小于8 最大坡度小于11 的道路上 生产率可提高30 50 油耗可降低20 30 以100t km计 拖带挂车后 虽然汽车总的燃油消耗量增加了 但以100t km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 节省燃油的原因有两个 一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 3影响汽车燃油经济性的因素 6 正确地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 1 发动机工作压力冷却系供油系点火系 3影响汽车燃油经济性的因素 2 底盘一般驾驶员常用滑行距离来检查底盘的技术状况 前轮定位正确制动器摩擦片与制动鼓有正常的间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 5t的汽车 在良好水平道路上以30km h的车速开始摘挡滑行 滑行距离应达200 250m 当滑行距离由200m增至250m时 油耗可降低7 3影响汽车燃油经济性的因素 二 结构方面1 缩减轿车总尺寸和减轻质量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 轿车选用轻型材料 铝与复合材料的比例日益增加 即质量利用系数增加 3影响汽车燃油经济性的因素 2 发动机发动机的热损失与机械损耗占燃油化学能的65 左右 1 提高现有汽油发动机的热效率与机械效率 2 扩大柴油发动机的应用范围 3 增压化 目前常提供选用的增压汽油机 采用增压的柴油机已很普遍 4 广泛采用电子计算机控制技术 目前各国电喷式汽油机的产量已达世界汽油机总产量的90 左右 3影响汽车燃油经济性的因素 3 传动系传动系的挡位增多后 增加了选用合适挡位使发动机处于经济工作状况的机会 因此 近年来轿车手动变速器巳基本上采用5挡 也有采用6挡的 大型货车有采用更多挡位的趋势 如装载质量为4t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 为了改善动力性和燃油经济性 变速器的挡位可多至10 16个 但不能为了提高性能而过多地增加有级式变速器的挡数 因为这将使传动系过于复杂 而且也不便于操作选用 3影响汽车燃油经济性的因素 挡数无限的无级变速器 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 苦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 4 超速挡 3影响汽车燃油经济性的因素 5 汽车外形与轮胎 汽车的外形 轮胎 空气阻力系数 空气阻力 滚动阻力系数 滚动阻力 3影响汽车燃油经济性的因素 最小燃油消耗特性 发动机负荷特性的曲线族的包络