第三章-汽车节能技术与原理

第三章整车的节能原理与技术,一.汽车燃油经济性（评价指标、计算依据）,二.整车的节能技术（传动系、行驶阻力、整车质量、超越离合器和润滑油）,3.1汽车的燃油经济性,汽车的燃油经济性：汽车在一定的使用条件下，以最小的燃料消耗量完成单位运输工作的能力，是汽车主要使用性能之一。,3.1.1汽车燃油经济性的评价指标,评价汽车燃油经济性的指标有：,比油耗ge（燃料消耗率）：发动机单位有效功率在单位时间内所消耗的燃料量，单位（克/千瓦小时）,每小时耗油量Gt：发动机每小时所消耗的燃料质量，单位（千克/小时）,每公里油耗Gm：每行驶1KM的燃油消耗量，单位（升/公里）,每升燃油行驶里程：汽车每消耗1L燃油可行驶的里程数，单位（公里/L）,百公里油耗Q：表示汽车每行驶100KM所消耗的燃油量，单位（升/百公里）；客车的常用油耗指标。,百吨公里油耗Qt：汽车在运输过程中每完成100tkm运输量所消耗的燃油量，单位是（升/百吨公里）；货车的常用油耗指标。,欧洲经济委员会ECE规定百公里燃油消耗量计算方法:,美国环保局EPA规定百公里综合燃油经济性计算方法：,我国：以等速百公里燃油消耗量和最高档全节气门加速行驶500m的加速油耗作为单项评价指标，循环工况燃油消耗量作为汽车燃油经济性综合评价指标。,循环工况：等速百公里油耗、等加速百公里油耗、等减速百公里油耗、怠速停车,1.等速行驶工况燃油消耗量计算,Be：燃油消耗率（克/千瓦时）,是通过等速行驶车速及阻力功率，在万有特性图上（利用插值法）确定相应的燃油消耗率。,：燃油的密度，汽油取6.967.15千克/升，柴油取7.948.13千克/升,3.1.2汽车燃油经济性的计算,2.等加速行驶工况燃油消耗量计算,汽车做等加速行驶时，发动机除了提供等速行驶所需功率外还需要提供为克服加速阻力所消耗的功。,每一小段终了时油耗,从Va1Va1+1km/h所需油耗,以此计算各个时刻单位时间油耗,整个加速过程中的燃油消耗量（单位mL）,3.等减速行驶工况燃油消耗量的计算,等减速油耗=等减速行驶时间*怠速油耗,：怠速燃油消耗量,4.怠速停车时的燃油消耗量计算,5.整个循环工况的百公里燃油消耗量,ts为停车时间,3.1.3装有液力传动装置的汽车燃油经济性计算,1.液力传动的概述,凡是主要以工作液体的压力能进行能量传递和控制的装置称为液压传动装置,简称液压传动.,2.汽车采用液力传动的优缺点,优点：,（1）使汽车具有良好的自动适应性.,（2）提高汽车的使用寿命.,(3)提高汽车的通过性和具有良好的低速稳定性。,(4)简化操纵和提高舒适性。,(5)可以不中断地充分利用发动机的功率,有利于减轻排气污染。,缺点：,(1)液力传动系统的效率要比机械传动系统低。,(2)结构复杂,体积和重量大,成本高。,3.2整车的节能技术,整车结构对汽车油耗的影响主要有以下方面：传动系、汽车总质量、汽车外形、轮胎,1.传动系,汽车传动系效率越高，传递动力的过程中能量损失越小，汽油油耗越低。,2.汽车的总质量,汽车总质量影响到汽车的滚动阻力、坡度阻力和加速阻力，对燃油经济性影响很大。,3.汽车外形,优化汽车外形减少空气主力对燃油经济性影响逐步明显。,4.轮胎,轮胎结构对滚动阻力影响很大，改善轮胎的结构，可以减少汽车的油耗。,3.2.1改进传动系统,1.采用多轴驱动汽车驱动轴的自由离合,自由离合器：俗称半自动档，即离合器的操纵装置由原来的踏板改成电动或液压装置，驾车时不用踩离合版，与其配合的变速器仍然是手动变速器，只是采取顺序换档，不需跳档。,节油自动离合器的优点：（1）节油。平均节油率7%10%，每百公里节油1.1L左右（2）消除机件空转，延长其使用寿命。（3）减少行车阻力，增加汽车的滑行能力。（4）设计紧凑、结构合理、密封性好、安全可靠、保养和维修方便。,2.采用机械多档位变速器,传动系匹配节能：,在汽车设计过程中，当发动机性能和汽车的常用行驶工况确定后，合理选择传动比，进行传动系与发动机的匹配优化，可使汽车的使用性能最大限度地发挥出来，从而改善燃油经济性。传动系的最小传动比应保证汽车能在平直良好路面上克服滚动阻力和空气阻力并以相应的最高车速行驶，而传动系的最大传动比应保证汽车能克服最大行驶阻力并具有适当大小的最低车速。在汽车设计过程中，当发动机性能和汽车的常用行驶工况确定后，合理选择传动比，进行传动系与发动机的匹配优化，可使汽车的使用性能最大限度地发挥出来，从而改善燃油经济性。,传动系档位越多，汽车在运行过程中越有可能选用合适的速比，使发动机处于最经济工作状况。轿车5、6档；大型货车有7档变速器；重型汽车及牵引车1016档位。,3.采用无级变速器,结构比传统变速器简单，体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组。它主要靠两组变速轮盘，就能实现速比无级变化。,无级变速器也是一种自动变速器,常用的三种自动变速器：,液力自动变速器AT；机械无级自动变速器CVT；电控机械无级自动变速器AMT,AT：AT不用离合器换档，档位少变化大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。,缺点：（1）是对速度变化反应较慢，没有手动波灵敏，因此许多玩车人士喜欢开手动汽车；（2）是费油不经济，传动效率低变矩范围有限，近年引入电子控制技术改善了这方面的问题；（3）是机构复杂，修理困难。,在液力变矩器内高速循环流动的液压油会产生高温，所以要用指定的耐高温液压油。另外，如果汽车因蓄电池缺电不能启动，不能用推车或拖车的方法启动。如果拖运故障车，要注意使驱动轮脱离地面，以保护自动波齿轮不受损害。广州本田老款使用的是四速AT自动变速器，03新款改为五速AT变速器,CVT：采用传动带和可变槽宽的棘轮进行动力传递，即当棘轮变化槽宽肘，相应改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速，传动带一般用橡胶带、金属带和金属链等。CVT是真正无级化了，它的优点是重量轻，体积小，零件少，与AT比较具有较高的运行效率，油耗较低。其没有明确具体的档位，操作上类似自动变速箱，但是速比的变化却不同于自动变速箱的跳挡过程，而是连续的，因此动力传输持续而顺畅。,无级变速器的特点：（1）由于没有了一般自动挡变速箱的传动齿轮，也就没有了自动挡变速箱的换挡过程，由此带来的换档顿挫感也随之消失，因此CVT变速箱的动力输出是线性的，在实际驾驶中非常平顺。（2）无级变速器的传动系统理论上挡位可以无限多，挡位设定更为自由，传统传动系统中的齿轮比、速比以及性能、耗油、废气排放的平衡，都更容易达到。（3）无级变速器传动的机械效率、省油性大大优于普通的自动挡变速器，仅次于手动挡变速箱，燃油经济性要比好很多。,S表示运动模式（sport）在这个档位下变速箱可以自由换档，但是换档时机会延迟，使发动机在高转速上保持较长时间，使车辆动力加大。显然这个会造成油耗增加。L表示低速档，应该和新雅阁的1，是一个意思，这个档位时变速箱会保持在1档而不升档。,AMT：在机械变速器(手动车)原有基础上进行改造，主要改变手动换档操纵部分。即在总体传动结构不变的情况下通过加装微机控制的自动操纵系统来实现换挡的自动化。因此AMT实际上是由一个机器人系统来完成操作离合器和选档的两个动作。由于AMT能在现生产的手动波基础上进行改造，生产继承性好，投入的责用也较低，容易被生产厂接受。AMT的核心技术是微机控制，电子技术及质量将直接决定AMT的性能与运行质量。据悉我国今后的汽车自动档国产化将重点发展AMT。,双离合变速箱,双离合变速箱可以想象为将两台手动变速箱合二为一，建立在单一的系统内。因为它有同步器，所以更像一台手动变速箱，但不同的是他用“双”离合器控制与发动机动力的通断，这两台自动控制的离合器，由电子控制及液压推动，能同时控制两组离合器的运作。当变速箱运作时，一组齿轮被啮合，接近换挡之时，下一组挡段的齿轮已被预选，但离合器仍处于分离状态;换挡时一具离合器将使用中的齿轮分离，同时另一具离合器啮合已被预选的齿轮，这4个动作都是在电控单元的控制和作用下同时进行的，因此变速反应极快，在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，令动力没有出现间断的状况。,奥迪S-Tronic双离合变速箱,国内在售车型：TT(6挡)、Q5(7挡)、S4（7挡)、S5(7挡),大众DSG之外，奥迪S-Tronic、保时捷PDK、宝马DKG、福特Powershift、三菱SST、菲亚特DDCT、奔驰、本田等厂家的DCT,3.2.2减小汽车行驶阻力,地面滚动阻力,空气阻力,坡道阻力,加速阻力,减小汽车的滚动阻力和空气阻力以及坡道阻力，对节约油料，提高汽车燃油经济性很有意义。,1.减小汽车的滚动阻力,决定滚动阻力的因素：路面状况、行驶车速、轮胎结构、传动系统、润滑油料等。,（1）路面状况,滚动阻力：,滚动阻力系数,（2）行驶速度对阻力影响,载货汽车：100km/h内轿车：140km/h内,（3）轮胎气压对滚动阻力的影响,偏移距,轮胎滚动半径,（4）轮胎类型对滚动阻力的影响,轮胎按照构造分类，以目前广泛使用的情况来分，可分为斜交轮胎和子午线轮胎两大类。,轮胎花纹的设计功用有以下几个方面：（1）增加车辆的刹车力、驱动力和牵引力，改善操控性和稳定性。（2）增加轮胎与地面的摩擦力，避免刹车时车辆的前滑和侧滑。（3）散发轮胎的热量。（4）降低噪音和震动，增强人员乘坐的舒适性。（5）美观。,轮胎设计有四大要素，即轮胎花纹（表面形状）、轮胎轮廓（整体形状）、轮胎结构和使用的材料，其中花纹设计是最复杂，最难处理的，要考虑的因素很多,常见的花纹类型可分为：条形花纹、羊角花纹、复合花纹、块状花纹、不对称花纹、单导向花纹。,条形花纹，顾名思义，就是花纹呈条状，也可以称为纵向花纹。该类型花纹纹沟的方向与圆周方向一致。它有一下特点：低滚动阻力，不易侧滑，可以为汽车提供良好的操纵稳定性能，由于行驶过程中产生的热量低，可以显示良好的高速性能，低噪音，提供良好的驾乘舒适感。,羊角花纹，也叫横向花纹，该种花纹的花纹沟方向与圆周方向垂直。它有一下特点：胎面花纹按轮胎轴向排列。具有制动力和牵引力大、耐切割性能、耐磨性能好等优点，这种花纹的轮胎适用一般路面、混合路面和非正式路面，一般安装于运输车辆的驱动轮位上或者自卸车，工业车辆以及巴士后轮,复合花纹又叫纵横沟花纹或者综合花纹。它兼备了纵沟和横沟花纹的优点，这种花纹的轮胎胎面中央的条形花纹（纵向花纹）可为轮胎提供良好的操纵性能并能防止侧滑。而胎面肩部的羊角花纹（横向花纹）为轮胎提供良好的牵引性能合制动性能。货车、客车及SUV,块状花纹轮胎，它花纹沟之间都相互连接，呈独立的花纹块结构。其有以下特点：优点是驱动力、制动力强，缺点是耐磨性差，寿命短，行驶摩擦力大，易产生异常磨损。由于以上特点，这种轮胎更适合用于雪地及泥泞道路上。,不对称花纹，该种花纹的轮胎胎面左右两侧花纹形状不同，这就造就了它有一下优点：增大了转弯时外侧花纹的着地压力，极大地提高了高速转弯性能，并补足了外侧花纹的耐磨性能。竞技车,2.减小汽车的空气阻力,要减少空气阻力，必须减少汽车的迎风面积，使之具有合理的流线型，从而降低阻力系数；同时应保持中速行驶。,汽车外形设计对减小风阻起关键作用,车身造型的发展,马车状汽车厢型车甲壳虫型船型鱼型楔型子弹头型,降低空气阻力系数的措施：改善轿车前端形状改善后窗倾角和车顶拱度正确选择离地间隙放置扰流板优化发动机舱内流场,3.2.3减轻汽车的整备质量,1.车身轻量化技术概述,当整车质量减轻10%时，汽车的燃油经济性可提高3.8%。汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量化材料的使用两大方面。在结构设计方面可以采用前轮驱动、高刚性结构、超轻悬架结构、部件薄壁化、中空化，小型化及复合化等来达到轻量化的目的。在用材方面可以通过材料替代或采用新材料来达到汽车轻量化的目的。目前主要是采用高强度钢材、铝镁合金，工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化设计。,（1）车身结构轻量化设计,采用连续变截面板：具有较好的机械性能，沿长度方向硬度变化平缓，具有更佳的成型性能；零部件厚度可以连续变化，以适应车身各部位的承载要