第三章 汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性能.ppt

1、第三章 汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性能,同濟(jì)大學(xué) 汽車學(xué)院 朱西產(chǎn) 教授,汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性,在保證動(dòng)力性的前提下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟(jì)行駛的能力，稱為汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。,截止2006年底，我國(guó)已探明石油剩余經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量為20.43億噸，天然氣剩余經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量為24.49億m3。,中國(guó)石油的相當(dāng)一部分依賴進(jìn)口,自1993年開始，中國(guó)已成為石油凈進(jìn)口國(guó)，且進(jìn)口量逐年增加；石油對(duì)外依賴程度越來(lái)越大。2004年以來(lái)，中國(guó)的石油消費(fèi)總量已經(jīng)超過(guò)日本，位居世界第二位，僅次于美國(guó)。,世界汽車工業(yè)發(fā)展永恒的主題是節(jié)能 環(huán)保 安全,節(jié)能減排，可以有效減少溫室氣體的排放。,1997年在防止地球變暖的京都會(huì)議上提出

2、京都議定書。,至2005年2月，全球已有141個(gè)國(guó)家和地區(qū)簽署該議定書。,2005年2月16日，京都議定書正式生效。這是人類歷史上首次以法規(guī)的形式限制溫室氣體排放。,哥本哈根世界氣候大會(huì)全稱聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約第15次締約方會(huì)議暨京都議定書第5次締約方會(huì)議，于2009年12月718日在丹麥?zhǔn)锥几绫竟匍_。來(lái)自192個(gè)國(guó)家的談判代表召開峰會(huì)，商討京都議定書一期承諾到期后的后續(xù)方案，即2012年至2020年的全球減排協(xié)議。,“安全、環(huán)保、節(jié)能”技術(shù)將引導(dǎo)中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,汽車碰撞安全性要求 1999年頒布實(shí)施汽車正面碰撞安全性要求 2006年頒布實(shí)施了汽車側(cè)面碰撞、追尾碰撞安全性要求 200

3、7年開始推行C-NCAP評(píng)價(jià) 環(huán)保要求 2000年實(shí)施汽車污染物排放要求第一階段要求 2004年實(shí)施第二階段要求 2007年實(shí)施第三階段要求 2010年實(shí)施第四階段要求 預(yù)計(jì)2012年重型柴油汽車將實(shí)施第五階段要求 節(jié)能要求 GB19578-2004乘用車燃料消耗量限值 2005年7月1日實(shí)施第一階段要求 2008年1月1日 實(shí)施第二階段要求 預(yù)計(jì)2011年7月1日以后將實(shí)施第三階段乘用車燃料消耗量限制標(biāo)準(zhǔn),中國(guó)政府對(duì)汽車排放治理力度很大,節(jié)能要求正在強(qiáng)化,更加嚴(yán)格的第三階段即將實(shí)施,2009年，中國(guó)汽車產(chǎn)銷分別為1379.10萬(wàn)輛和1364.48萬(wàn)輛，同比大增48%和46%，榮登全球汽車產(chǎn)銷

4、第一大國(guó)。面對(duì)迅速增長(zhǎng)的石油資源需求，汽車工業(yè)的鼓勵(lì)政策也必須與油耗指標(biāo)息息相關(guān)，低碳技術(shù)迅速鋪展便成了當(dāng)務(wù)之急。 中國(guó)政府關(guān)于第三階段油耗限值從2012年開始為導(dǎo)入期，2012-2014年企業(yè)燃料消耗量將分別給予高于車型油耗目標(biāo)值9%、6%、3%的靈活性，2015年及以后完全實(shí)施。 也就是說(shuō)2012年以目標(biāo)值的109%約束， 2013年以目標(biāo)值的106%約束，2014年以目標(biāo)值的103%約束， 直至2015年完全按照政策中規(guī)定的目標(biāo)值約束,第三階段限值標(biāo)準(zhǔn)不再以單一車型為評(píng)價(jià)對(duì)象，而是參考美國(guó)公司平均燃料經(jīng)濟(jì)性法，將車企作為整體進(jìn)行評(píng)價(jià)。第三階段標(biāo)準(zhǔn)制定的油耗限值比第二階段下降20%，到20

5、15年，全國(guó)平均乘用車燃油消耗量將降為7L/100km左右。,第三階段燃料消耗量,新標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)： 一是標(biāo)準(zhǔn)以滿足乘用車燃料消耗量限值第二階段作為最低要求； 二是以車型燃料消耗量目標(biāo)值取代單車限值作為乘用車燃料消耗量的評(píng)價(jià)指標(biāo)； 三是在實(shí)施策略上采取彈性做法。 引伸出三個(gè)新定義： 1、車型燃料消耗量。依據(jù)GB/T19233（輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法）試驗(yàn)、計(jì)算并確定的某車輛型號(hào)的綜合燃料消耗量型式認(rèn)證值； 2、平均燃料消耗量。按產(chǎn)量加權(quán)計(jì)算得出的一組車輛的平均燃料消耗量； 3、企業(yè)平均燃料消耗量。某制造商在一年內(nèi)生產(chǎn)的所有乘用車車型燃料消耗量按當(dāng)年生產(chǎn)量加權(quán)計(jì)算的平均燃料消耗量。,車型燃料消耗

6、量目標(biāo)值的確定：本標(biāo)準(zhǔn)以企業(yè)作為標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)的對(duì)象，在實(shí)施上也采用更加靈活的方式，不再要求每輛車都必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，本標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)單車不再采用“限值”設(shè)定，而是從技術(shù)上可實(shí)現(xiàn)的角度，仍然以整車整備質(zhì)量為特征參數(shù)，為各個(gè)不同的質(zhì)量段分別設(shè)定車型燃料消耗量目標(biāo)值。另外，對(duì)具有三排座椅或安裝有非手動(dòng)檔變速器等因結(jié)構(gòu)和用途對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性造成不利影響的車輛，目標(biāo)值要求相應(yīng)放松5%。,企業(yè)平均燃料消耗量計(jì)算方法及評(píng)價(jià)指標(biāo),企業(yè)平均燃料消耗量（CAFC）：制造商在某年度的企業(yè)平均燃料消耗量應(yīng)用制造商各車型的燃料消耗量與該年度各車型對(duì)應(yīng)產(chǎn)量乘積之和除以制造商該年度乘用車總產(chǎn)量計(jì)算得出。 企業(yè)平均燃料消耗量目標(biāo)值（

7、TCAFC）：制造商在某年度需要達(dá)到的企業(yè)平均燃料消耗量目標(biāo)值應(yīng)依據(jù)第4章規(guī)定的車型燃料消耗量目標(biāo)值（即上頁(yè)表格中的目標(biāo)值），用該制造商各車型燃料消耗量目標(biāo)值與該年度各車型對(duì)應(yīng)產(chǎn)量乘積之和除以制造商該年度乘用車總產(chǎn)量計(jì)算得出。 企業(yè)平均燃料消耗量要求：自2012年起，各制造商的企業(yè)平均燃料消耗量與企業(yè)平均燃料消耗量目標(biāo)值的比值不應(yīng)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 汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性能,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),本節(jié)將介紹中國(guó)、歐洲及美國(guó)燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。,美國(guó)燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)：一定運(yùn)行工

8、況下一定量燃油行駛的里程，單位為mile/USgal。,中國(guó)及歐洲燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)：一定運(yùn)行工況下百公里燃油消耗量，單位為L(zhǎng)/100km 。,第三章 汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性能,思考：為什么要在一定運(yùn)行工況下評(píng)價(jià)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性？,燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),1.等速工況,寶來(lái)轎車等速油耗 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代表手動(dòng)擋汽車； A代表自動(dòng)擋汽車。,以L/100km計(jì)的1/3混合油耗為,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),2.

9、循環(huán)行駛試驗(yàn)工況,1）歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),2）美國(guó)環(huán)境保護(hù)局（EPA）,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),3）中國(guó)相關(guān)規(guī)定,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),3）中國(guó)相關(guān)規(guī)定,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),一些車型的百公里油耗,（不同企業(yè)所給數(shù)據(jù)、運(yùn)行工況不統(tǒng)一）,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),汽車燃油消耗量的小結(jié),排量大的車，油耗高； 自重大的車，油耗高； 城市油耗高于公路油耗； 自動(dòng)擋汽車的油耗高于手動(dòng)擋汽車的油耗。,思考：通過(guò)以上相關(guān)數(shù)據(jù)，可以得出哪些結(jié)論？,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),3.中國(guó)相關(guān)的

10、新標(biāo)準(zhǔn),新開發(fā)車型，從2005年7月1日開始執(zhí)行第一階段限值要求，2008年1月1日起執(zhí)行第二階段限值要求。,在生產(chǎn)車型，從2006年7月1日開始執(zhí)行第一階段限值要求，2009年1月1日起執(zhí)行第二階段限值要求。,具體測(cè)量方法按照GB192332003輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法進(jìn)行。,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在模擬城市和市郊的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)下，用碳平衡法計(jì)算出燃料消耗量。,柴油機(jī),第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),試驗(yàn)在專用的底盤測(cè)功器上進(jìn)行。測(cè)出排氣中以g/km（克每千米）計(jì)的CO2、CO及CH的排放量，用碳平衡法求得燃油消耗量。,汽油機(jī),碳平衡法依據(jù)的基本原理是質(zhì)量守恒定律。,汽（柴）油經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后，排氣中碳

11、質(zhì)量的總和與燃燒前燃油中碳質(zhì)量的總和應(yīng)該相等。,D 288K（15C）下燃油的密度（kg/L）。,第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法試驗(yàn)用的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán),第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo),限值按整備質(zhì)量的不同分別給出表2-2 乘用車燃料消耗量限值,(L/100km),第三章 汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性能,本節(jié)將介紹汽車在等速、等加速、等減速和怠速等工況下百公里燃油消耗量的計(jì)算方法。 為進(jìn)一步分析影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素打下基礎(chǔ)。,第二節(jié)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,由 和 在萬(wàn)有特性圖上可確定燃油消耗率b。,1.等速行駛工況燃油消耗量計(jì)算,發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖

12、 和汽車功率平衡圖,計(jì)算的基本依據(jù),等速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)提供的功率為,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,設(shè)已知汽車的車速 =150km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)功率 =43kW，可在萬(wàn)有特性圖上確定燃油消耗率b=270g/(kWh)。,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。,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,汽車以u(píng)a等速行駛時(shí)，燃油消耗量為,等速行駛 s 行程時(shí)，燃油消耗量,折算成等速百公里燃油消耗量,加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)需提供的功率為,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,2.等加速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算,以速度增加1km/h為間隔，將

13、汽車加速過(guò)程分為若干個(gè)小區(qū)間，計(jì)算各區(qū)間的油耗并將其相加，即得加速油耗。,每個(gè)小區(qū)間起始或終了時(shí)刻車速對(duì)應(yīng)的單位時(shí)間燃油消耗量,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,從行駛初速度 ua1+1km/h再加速1km/h所需燃油量,汽車行駛速度每增加1km/h所需時(shí)間,從行駛初速度ua1加速至ua1+1km/h所需燃油量,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,各區(qū)間的燃油消耗量為,整個(gè)加速過(guò)程的燃油消耗量為,加速區(qū)段內(nèi)汽車行駛的距離為,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,減速時(shí)間,減速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)。 減速工況燃油消耗量等于減速行駛時(shí)間與怠速油耗的乘積。,減速過(guò)程燃油消耗量,減速區(qū)段內(nèi)汽車行駛的距離,怠速油耗。

14、,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,3.等減速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算,怠速時(shí)間。,5.整個(gè)循環(huán)工況的百公里燃油消耗量,Q 整個(gè)循環(huán)過(guò)程燃油消耗量之和； s 整個(gè)循環(huán)的行駛距離。,第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算,4.怠速停車時(shí)的燃油消耗量,第三章 汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性能,本節(jié)將從使用和設(shè)計(jì)兩方面分析影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,50,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,影響燃油經(jīng)濟(jì)性的因素有以下三個(gè)：,1.燃油消耗率b,燃油消耗率與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率及發(fā)動(dòng)機(jī)自身有關(guān)。,C為常數(shù)； 為總行駛阻力，,2.行駛中消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)功率 （或行駛阻力F ）,降低汽車重量G ，可以降低 Ff

15、 ； 降低汽車CDA，可以降低空氣阻力 FW 。,減輕汽車質(zhì)量、降低空氣阻力有利于節(jié)省燃油。,與總行駛阻力F成正比 ,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,3.怠速油耗、附件油耗、制動(dòng)能量損耗,改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、改善用車交通環(huán)境可以提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,一、使用方面,1.車速,低速時(shí)FW ，F(xiàn)f 但負(fù)荷率 ，b ,中等車速經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好,高速時(shí)負(fù)荷率 ， b 但 FW ，F(xiàn)f ， ,Qs,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,2.擋位選擇,使用高擋可節(jié)省燃油；,汽車起步加速過(guò)程中，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)要盡早換入高擋；從動(dòng)力性角度出發(fā)要用足低擋。,車速一定時(shí)，,一定,用高擋

16、，后備功率,負(fù)荷率b Qs ,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,貨車以100tkm計(jì)算成本，折算到每噸貨物的油耗將降低。,3.帶掛車運(yùn)輸,1）提高生產(chǎn)率3050； 2）降低油耗20% 30%。,較大,帶掛車運(yùn)輸時(shí),帶掛車運(yùn)輸,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,4.正確地保養(yǎng)與調(diào)整,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,（1）制動(dòng)器間隙要合適,間隙過(guò)小，容易出現(xiàn)“自剎”現(xiàn)象，損耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率，導(dǎo)致制動(dòng)器發(fā)熱，消耗燃油； 間隙過(guò)大，制動(dòng)反應(yīng)“遲鈍”，導(dǎo)致制動(dòng)距離加長(zhǎng)。,（2）輪轂軸承預(yù)緊度調(diào)整要正常,預(yù)緊度過(guò)低，輪胎打擺，直線行駛性差； 預(yù)緊度過(guò)大，軸承發(fā)熱，軸承磨損加快。 行駛中緊急制動(dòng)（急剎車）、高

17、速行車中猛打轉(zhuǎn)向盤都會(huì)造成軸承早期磨損。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,3）輪胎氣壓要合適,氣壓過(guò)低，導(dǎo)致車輛操控性降低，燃油消耗增大，輪胎磨損加?。惠喬鈮哼^(guò)高，接地面積減小，輪胎中部出現(xiàn)異常磨損。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,二、汽車結(jié)構(gòu)方面,1.縮減轎車總尺寸和減輕質(zhì)量,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,汽車越輕，油耗越低；柴油車的油耗明顯低于汽油車。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,幾種不同車型的油耗,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,思考,大型轎車 G大，F(xiàn)f、FW、 、 均大；,裝用大排量發(fā)動(dòng)機(jī)，負(fù)荷率低，b大；,致使Qs增大,Audi A8采用全鋁承載式車身，質(zhì)量減輕

18、15，百公里油耗降低5%8%。,為什么大型轎車油耗較高？,1升油耗概念車減輕質(zhì)量的措施 鎂合金的空間結(jié)構(gòu)；碳素纖維合成材料的外部表面；車身總質(zhì)量大約在74kg；輪轂采用鈦合金；車輪軸承滾子采用陶瓷；葉片彈簧采用玻璃纖維。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,2.發(fā)動(dòng)機(jī),1）提高現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和機(jī)械效率（熱損失占化學(xué)能65左右）； 2）擴(kuò)大柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍； 3）增壓化； 4 ）廣泛采用電子計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,想一想,柴油機(jī)有哪些特點(diǎn)？,提到柴油機(jī)時(shí)，人們想到的是黑煙、臭味和嘈雜的噪聲。使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的拖拉機(jī)、坦克、輪船等給人粗大笨拙的印象，似乎難登大雅之堂

19、。,具有現(xiàn)代技術(shù)水平的柴油車，早已不是工作粗暴、吼聲隆隆、黑煙滾滾的“墨斗魚”形象，其性能與汽油車沒有什么區(qū)別。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,柴油機(jī)可節(jié)能和降低排污。,奔馳CLK雙門跑車,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,單缸SDI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)； 排量0.299L；壓縮比16.5:1； 最大轉(zhuǎn)矩18.4Nm/2000r/min； 最大功率 6.25kW(8.5PS)/4000r/min； 發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量26kg; 中置橫放。,1升油耗概念車發(fā)動(dòng)機(jī),柴油機(jī)熱效率比汽油機(jī)高30%； 用于轎車可降低油耗30%； 在西歐新注冊(cè)的汽車中，2001年柴油車的份額為32%，2005年柴油車的份額上升到了49

20、.5% 。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,我國(guó)一汽2002年推出捷達(dá)柴油轎車，但我國(guó)柴油硫含量高，使用中排放物的煙度和微粒排放量較大。 目前我國(guó)柴油轎車有：捷達(dá)SDI、寶來(lái)TDI 1.9L、奧迪A6 2.5 TDI 、開迪SDI 。,TDI是英文Turbo Direct Injection 的縮寫，意為渦輪增壓直接噴射（柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）。 SDI是英文Suction Direct Injection 的縮寫，意為自然吸氣直接噴射（柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,擋位越多，油耗越低； 無(wú)級(jí)變速最理想。,3.傳動(dòng)系,目前很多轎車采用的是帶液力變矩器的自動(dòng)換擋變速器，擋位一定時(shí)可依靠液力變矩器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，其效率仍需進(jìn)一步提高才能做到真正省油。,第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素,思考,為什么擋位越多越省油？,1）發(fā)動(dòng)機(jī)的最經(jīng)濟(jì)工況最小燃油消耗特性,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線的包絡(luò)線是發(fā)動(dòng)機(jī)