第三章汽车节能技术与原理

1、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,g,e,（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,G,t,：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,G,m,：每行驶,1KM,的燃油消耗量，

2、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,Q,t,：,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,:,1,1,1,混合,?,ECE,?,?,90,km,/,h,百公里消耗,?,?,120,km/h,百公里油耗,3,3,3,美国环保局,EPA,规定百公里综合燃油经济性计算方法：,1,1,综

3、合燃油经济性,?,?,0,.,55,0,.,45,城市循环燃油经济性,公路循环燃油经济性,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,3.1.2,汽车燃油经济性的计算,1.,等速行驶工况燃油消耗量计算,P,e,b,e,Q,t,?,367,.,1,?,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

4、,千克,/,升，,柴油取,7.948.13,千克,/,升,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,P,e,b,e,Q,t,?,367,.,1,?,从,V,a1,V,a1,+1km/h,所需油耗,1,Q,t,?,(,Q,t,0,?,Q,t,1,),?,t,2,以此计算各个时刻单位时间油耗,1,Q,n,?,(,Q,t,(,n,?,1,),?,Q,tn,),?,t,2,整个加速过程中的燃油消耗量（单位,mL,）,Q,a,?,?,Q,i,?,Q,1,?,Q,2,?,?,?,?,?,Q,n,i,?

5、,1,2,2,v,a,?,v,S,a,?,2,a,1,dv,25,.,92,dt,d,n,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,v,a,2,?,v,a,3,Q,d,?,Q,i,dv,3,.,6,dt,d,Q,i,：怠速燃油消耗量,?,v,S,d,?,dv,25,.,92,dt,d,v,2,a,2,2,a,3,4.,怠速停车时的燃油消耗量计算,Q,id,?,Q,i,t,s,t,s,为停车时间,5.,整个循环工况的百公里燃油消耗量,Q,?,Qs,?,?,100,S,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

6、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，

7、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,（,

8、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

9、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

10、,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,

11、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

12、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

13、,),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”

14、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，

15、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,?,F,?,F,f,?,F,w,?,F,i,?,F,j,加速阻力,坡道阻力,地面滚动阻力,空气阻力,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：,F,f,路面类型,良好的沥青或混凝土路面,一般沥青或混凝土路面,碎石路面,滚动阻力系数,?

16、,Gf,滚动阻力系数,0.0100.018,0.0180.020,0.0200.025,路面类型,泥泞路面,干砂,湿砂,滚动阻力系数,0.1000.250,0.1000.300,0.0600.150,良好的卵石路面,坑洼的卵石路面,压紧土路：干燥,0.0250.030,0.0350.050,0.0250.035,结冰路面,压紧的雪道,雨后,0.0150.030,0.0300.050,0.0500.150,（,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,a,f,?,R,轮胎滚动半径,（,4,）轮胎类型对滚动阻力

17、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

18、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

19、。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