同济大学《汽车理论》第三章 汽车经济性和排放性能

第三章 汽车的经济性和排放性能,同济大学 汽车学院 朱西产 教授,汽车的燃油经济性,在保证动力性的前提下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称为汽车的燃油经济性。,截止2006年底，我国已探明石油剩余经济可采储量为20.43亿吨，天然气剩余经济可采储量为24.49亿m3。,中国石油的相当一部分依赖进口,自1993年开始，中国已成为石油净进口国，且进口量逐年增加；石油对外依赖程度越来越大。2004年以来，中国的石油消费总量已经超过日本，位居世界第二位，仅次于美国。,世界汽车工业发展永恒的主题是 节能 环保 安全,节能减排，可以有效减少温室气体的排放。,1997年在防止地球变暖的京都会议上提出京都议定书。,至2005年2月，全球已有141个国家和地区签署该议定书。,2005年2月16日，京都议定书正式生效。这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。,哥本哈根世界气候大会全称联合国气候变化框架公约第15次缔约方会议暨京都议定书第5次缔约方会议，于2009年12月718日在丹麦首都哥本哈根召开。来自192个国家的谈判代表召开峰会，商讨京都议定书一期承诺到期后的后续方案，即2012年至2020年的全球减排协议。,“安全、环保、节能”技术将引导中国汽车产业的发展,汽车碰撞安全性要求 1999年颁布实施汽车正面碰撞安全性要求 2006年颁布实施了汽车侧面碰撞、追尾碰撞安全性要求 2007年开始推行C-NCAP评价 环保要求 2000年实施汽车污染物排放要求第一阶段要求 2004年实施第二阶段要求 2007年实施第三阶段要求 2010年实施第四阶段要求 预计2012年重型柴油汽车将实施第五阶段要求 节能要求 GB19578-2004乘用车燃料消耗量限值 2005年7月1日实施第一阶段要求 2008年1月1日 实施第二阶段要求 预计2011年7月1日以后将实施第三阶段乘用车燃料消耗量限制标准,中国政府对汽车排放治理力度很大,节能要求正在强化,更加严格的第三阶段即将实施,2009年，中国汽车产销分别为1379.10万辆和1364.48万辆，同比大增48%和46%，荣登全球汽车产销第一大国。面对迅速增长的石油资源需求，汽车工业的鼓励政策也必须与油耗指标息息相关，低碳技术迅速铺展便成了当务之急。 中国政府关于第三阶段油耗限值从2012年开始为导入期，2012-2014年企业燃料消耗量将分别给予高于车型油耗目标值9%、6%、3%的灵活性，2015年及以后完全实施。 也就是说2012年以目标值的109%约束， 2013年以目标值的106%约束，2014年以目标值的103%约束， 直至2015年完全按照政策中规定的目标值约束,第三阶段限值标准不再以单一车型为评价对象，而是参考美国公司平均燃料经济性法，将车企作为整体进行评价。第三阶段标准制定的油耗限值比第二阶段下降20%，到2015年，全国平均乘用车燃油消耗量将降为7L/100km左右。,第三阶段燃料消耗量,新标准的特点： 一是标准以满足乘用车燃料消耗量限值第二阶段作为最低要求； 二是以车型燃料消耗量目标值取代单车限值作为乘用车燃料消耗量的评价指标； 三是在实施策略上采取弹性做法。 引伸出三个新定义： 1、车型燃料消耗量。依据GB/T19233（轻型汽车燃料消耗量试验方法）试验、计算并确定的某车辆型号的综合燃料消耗量型式认证值； 2、平均燃料消耗量。按产量加权计算得出的一组车辆的平均燃料消耗量； 3、企业平均燃料消耗量。某制造商在一年内生产的所有乘用车车型燃料消耗量按当年生产量加权计算的平均燃料消耗量。,车型燃料消耗量目标值的确定：本标准以企业作为标准评价的对象，在实施上也采用更加灵活的方式，不再要求每辆车都必须满足标准要求，因此，本标准针对单车不再采用“限值”设定，而是从技术上可实现的角度，仍然以整车整备质量为特征参数，为各个不同的质量段分别设定车型燃料消耗量目标值。另外，对具有三排座椅或安装有非手动档变速器等因结构和用途对燃料经济性造成不利影响的车辆，目标值要求相应放松5%。,企业平均燃料消耗量计算方法及 评价指标,企业平均燃料消耗量（CAFC）：制造商在某年度的企业平均燃料消耗量应用制造商各车型的燃料消耗量与该年度各车型对应产量乘积之和除以制造商该年度乘用车总产量计算得出。 企业平均燃料消耗量目标值（TCAFC）：制造商在某年度需要达到的企业平均燃料消耗量目标值应依据第4章规定的车型燃料消耗量目标值（即上页表格中的目标值），用该制造商各车型燃料消耗量目标值与该年度各车型对应产量乘积之和除以制造商该年度乘用车总产量计算得出。 企业平均燃料消耗量要求：自2012年起，各制造商的企业平均燃料消耗量与企业平均燃料消耗量目标值的比值不应大于以下要求：1、2012年109%；2、2013年106%；3、2014年103%；4、2015年及以后100%。,第三章 汽车的经济性和排放性能,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,本节将介绍中国、欧洲及美国燃油经济性的评价指标。,美国燃油经济性评价指标：一定运行工况下一定量燃油行驶的里程，单位为mile/USgal。,中国及欧洲燃油经济性评价指标：一定运行工况下百公里燃油消耗量，单位为L/100km 。,第三章 汽车的经济性和排放性能,思考：为什么要在一定运行工况下评价汽车的燃油经济性？,燃油经济性的评价指标,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,1.等速工况,宝来轿车等速油耗 1.8L 6.4M/7.0A/90km/h 8.5M/9.2A/120km/h 1.8T 6.1M/7.0A/ 90km/h 8.7M/9.2A/120km/h,注：M代表手动挡汽车； A代表自动挡汽车。,以L/100km计的1/3混合油耗为,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,2.循环行驶试验工况,1）欧洲经济委员会（ECE）,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,2）美国环境保护局（EPA）,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,3）中国相关规定,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,3）中国相关规定,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,一些车型的百公里油耗,（不同企业所给数据、运行工况不统一）,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,汽车燃油消耗量的小结,排量大的车，油耗高； 自重大的车，油耗高； 城市油耗高于公路油耗； 自动挡汽车的油耗高于手动挡汽车的油耗。,思考：通过以上相关数据，可以得出哪些结论？,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,3.中国相关的新标准,新开发车型，从2005年7月1日开始执行第一阶段限值要求，2008年1月1日起执行第二阶段限值要求。,在生产车型，从2006年7月1日开始执行第一阶段限值要求，2009年1月1日起执行第二阶段限值要求。,具体测量方法按照GB192332003轻型汽车燃料消耗量试验方法进行。,标准规定在模拟城市和市郊的运转循环下，用碳平衡法计算出燃料消耗量。,柴油机,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,试验在专用的底盘测功器上进行。测出排气中以g/km（克每千米）计的CO2、CO及CH的排放量，用碳平衡法求得燃油消耗量。,汽油机,碳平衡法依据的基本原理是质量守恒定律。,汽（柴）油经过发动机燃烧后，排气中碳质量的总和与燃烧前燃油中碳质量的总和应该相等。,D 288K（15°C）下燃油的密度（kg/L）。,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,轻型汽车燃料消耗量试验方法试验用的运转循环,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,限值按整备质量的不同分别给出 表2-2 乘用车燃料消耗量限值,(L/100km),第三章 汽车的经济性和排放性能,本节将介绍汽车在等速、等加速、等减速和怠速等工况下百公里燃油消耗量的计算方法。 为进一步分析影响汽车燃油经济性的因素打下基础。,第二节 汽车燃油经济性的计算,第二节 汽车燃油经济性的计算,由 和 在万有特性图上可确定燃油消耗率b。,1.等速行驶工况燃油消耗量计算,发动机万有特性图 和汽车功率平衡图,计算的基本依据,等速时发动机应提供的功率为,第二节 汽车燃油经济性的计算,设已知汽车的车速 =150km/h，发动机功率 =43kW，可在万有特性图上确定燃油消耗率b=270g/(kW·h)。,b燃油消耗率 ；燃油的密度（kg/L）； g重力加速度（m/s2）。 汽油g=6.967.15N/L；柴油g=7.948.13N/L。,第二节 汽车燃油经济性的计算,汽车以ua等速行驶时，燃油消耗量为,等速行驶 s 行程时，燃油消耗量,折算成等速百公里燃油消耗量,加速时发动机需提供的功率为,第二节 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,以速度增加1km/h为间隔，将汽车加速过程分为若干个小区间，计算各区间的油耗并将其相加，即得加速油耗。,每个小区间起始或终了时刻车速对应的单位时间燃油消耗量,第二节 汽车燃油经济性的计算,从行驶初速度 ua1+1km/h再加速1km/h所需燃油量,汽车行驶速度每增加1km/h所需时间,从行驶初速度ua1加速至ua1+1km/h所需燃油量,第二节 汽车燃油经济性的计算,各区间的燃油消耗量为,整个加速过程的燃油消耗量为,加速区段内汽车行驶的距离为,第二节 汽车燃油经济性的计算,减速时间,减速行驶时发动机处于怠速状态。 减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。,减速过程燃油消耗量,减速区段内汽车行驶的距离,怠速油耗。,第二节 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,怠速时间。,5.整个循环工况的百公里燃油消耗量,Q 整个循环过程燃油消耗量之和； s 整个循环的行驶距离。,第二节 汽车燃油经济性的计算,4.怠速停车时的燃油消耗量,第三章 汽车的经济性和排放性能,本节将从使用和设计两方面分析影响汽车燃油经济性的因素。,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,50,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,影响燃油经济性的因素有以下三个：,1.燃油消耗率b,燃油消耗率与发动机负荷率及发动机自身有关。,C为常数； 为总行驶阻力，,2.行驶中消耗的发动机功率 （或行驶阻力F ）,降低汽车重量G ，可以降低 Ff 和Fi； 降低汽车CDA，可以降低空气阻力 FW 。,减轻汽车质量、降低空气阻力有利于节省燃油。,与总行驶阻力F成正比 ,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,3.怠速油耗、附件油耗、制动能量损耗,改进发动机设计、改善用车交通环境可以提高汽车的燃油经济性。,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,一、使用方面,1.车速,低速时FW ，Ff 但负荷率 ，b ,中等车速经济性相对较好,高速时负荷率 ， b 但 FW ，Ff ， ,Qs,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,2.挡位选择,使用高挡可节省燃油；,汽车起步加速过程中，从经济性角度出发要尽早换入高挡；从动力性角度出发要用足低挡。,车速一定时，,一定,用高挡，后备功率,负荷率b Qs ,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,货车以100t·km计算成本，折算到每吨货物的油耗将降低。,3.带挂车运输,1）提高生产率3050； 2）降低油耗20% 30%。,较大,带挂车运输时,带挂车运输,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,4.正确地保养与调整,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,（1）制动器间隙要合适,间隙过小，容易出现“自刹”现象，损耗发动机功率，导致制动器发热，消耗燃油； 间隙过大，制动反应“迟钝”，导致制动距离加长。,（2）轮毂轴承预紧度调整要正常,预紧度过低，轮胎打摆，直线行驶性差； 预紧度过大，轴承发热，轴承磨损加