汽車的經(jīng)濟性和排放性能

1、第三章 汽車的經(jīng)濟性和排放性能同濟大學(xué) 汽車學(xué)院朱西產(chǎn) 教授汽車的燃油經(jīng)濟性 在保證動力性的前提下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟行駛的能力，稱為汽車的燃油經(jīng)濟性。 截止2006年底，我國已探明石油剩余經(jīng)濟可采儲量為20.43億噸，天然氣剩余經(jīng)濟可采儲量為24.49億m3。中國石油的相當(dāng)一部分依賴進口 自1993年開始，中國已成為石油凈進口國，且進口量逐年增加；石油對外依賴程度越來越大。2004年以來，中國的石油消費總量已經(jīng)超過日本，位居世界第二位，僅次于美國。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議上提出京都議定書。至

2、2005年2月，全球已有141個國家和地區(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全稱聯(lián)合國氣候變化框架公約第15次締約方會議暨京都議定書第5次締約方會議，于2009年12月718日在丹麥?zhǔn)锥几绫竟匍_。來自192個國家的談判代表召開峰會，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?！鞍踩h(huán)保、節(jié)能”技術(shù)將引導(dǎo)中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展汽車碰撞安全性要求1999年頒布實施汽車正面碰撞安全性要求2006年頒布實施了汽車側(cè)面碰撞、追尾碰撞安全性要求2007年開始推行C-NCAP評價

3、環(huán)保要求2000年實施汽車污染物排放要求第一階段要求2004年實施第二階段要求2007年實施第三階段要求2010年實施第四階段要求預(yù)計2012年重型柴油汽車將實施第五階段要求節(jié)能要求GB19578-2004乘用車燃料消耗量限值 2005年7月1日實施第一階段要求2008年1月1日 實施第二階段要求預(yù)計2011年7月1日以后將實施第三階段乘用車燃料消耗量限制標(biāo)準(zhǔn) 中國政府對汽車排放治理力度很大節(jié)能要求正在強化更加嚴格的第三階段即將實施2009年，中國汽車產(chǎn)銷分別為1379.10萬輛和1364.48萬輛，同比大增48%和46%，榮登全球汽車產(chǎn)銷第一大國。面對迅速增長的石油資源需求，汽車工業(yè)的鼓勵政

4、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年及以后完全實施。也就是說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價對象，而是參考美國公司平均燃料經(jīng)濟性法，將車企作為整體進行評價。第三階段標(biāo)準(zhǔn)制定的油耗限值比第二階段下降20%，到2015年，全國平均乘用車燃油消耗量將降為7L/100km左右。

5、第三階段燃料消耗量 新標(biāo)準(zhǔn)的特點：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價指標(biāo)；三是在實施策略上采取彈性做法。引伸出三個新定義：1、車型燃料消耗量。依據(jù)GB/T19233（輕型汽車燃料消耗量試驗方法）試驗、計算并確定的某車輛型號的綜合燃料消耗量型式認證值；2、平均燃料消耗量。按產(chǎn)量加權(quán)計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)計算的平均燃料消耗量。 車型燃料消耗量目標(biāo)值的確定：本標(biāo)準(zhǔn)以企業(yè)作為標(biāo)準(zhǔn)評價的對象，在實施上也采用更加靈活的方式

6、，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)針對單車不再采用“限值”設(shè)定，而是從技術(shù)上可實現(xiàn)的角度，仍然以整車整備質(zhì)量為特征參數(shù)，為各個不同的質(zhì)量段分別設(shè)定車型燃料消耗量目標(biāo)值。另外，對具有三排座椅或安裝有非手動檔變速器等因結(jié)構(gòu)和用途對燃料經(jīng)濟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)平均燃料消耗量計算方法及評價指標(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)量計算得出。企業(yè)平均燃料消耗量目標(biāo)值（TCAFC）：制造商在某年度需要達到的企業(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

7、型燃料消耗量目標(biāo)值（即上頁表格中的目標(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)濟性和排放性能第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)本節(jié)將介紹中國、歐洲及美國燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)。 美國燃油經(jīng)濟性評價指標(biāo)：一定運行工況下一定量燃油行駛的里程，單位為mile/USgal。 中國及歐洲燃油經(jīng)濟性評價指標(biāo)：一定

8、運行工況下百公里燃油消耗量，單位為L/100km 。第三章 汽車的經(jīng)濟性和排放性能思考：為什么要在一定運行工況下評價汽車的燃油經(jīng)濟性？燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)1.等速工況寶來轎車等速油耗1.8L 6.4M/7.0A/90km/h 8.5M/9.2A/120km/h 1.8T6.1M/7.0A/ 90km/h8.7M/9.2A/120km/h 注：M代表手動擋汽車； A代表自動擋汽車。以L/100km計的1/3混合油耗為第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)2.循環(huán)行駛試驗工況1）歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)2）美國環(huán)境保護局（EPA）第一節(jié) 汽

9、車燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)3）中國相關(guān)規(guī)定第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)3）中國相關(guān)規(guī)定第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)車型工況 油耗長安奧拓城市平均油耗5.5夏利廠方油耗5.0捷達前衛(wèi)90km/h等速6.3桑塔納200090km/h等速7.0帕薩特1.8L城市工況11.9雅閣2.3城市平均油耗10.5大切諾基城市19.5郊區(qū)11.8綜合14.6一些車型的百公里油耗（不同企業(yè)所給數(shù)據(jù)、運行工況不統(tǒng)一）第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo)第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(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；自動擋汽車的油耗高于手動擋汽車的油耗。 思考：通過以

10、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)濟性的評價指標(biāo)3.中國相關(guān)的新標(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。 具體測量方法按照GB192332003輕型汽車燃料消耗量試驗方法進行。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在模擬城市和市郊的運轉(zhuǎn)循環(huán)下，用碳平衡法計算出燃料消耗量。柴油機第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(biāo) 試驗在專用的底盤測功器上進行。測出排氣中以g/km（克每千米）計的CO2、CO及CH的排放量，用碳平衡法求得燃油消耗量。汽油機碳平衡

11、法依據(jù)的基本原理是質(zhì)量守恒定律。 汽（柴）油經(jīng)過發(fā)動機燃燒后，排氣中碳質(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)濟性的評價指標(biāo)輕型汽車燃料消耗量試驗方法試驗用的運轉(zhuǎn)循環(huán)整車整備質(zhì)量（CM）/kg第一階段第二階段整車整備質(zhì)量（CM）/kg第一階段第二階段CM7507.66.61540CM 166012.010.8750CM 8657.66.91660CM 177012.611.3865CM 9808.27.41770CM 188013.111.8980CM 10908.88.01880CM 200013.612.21090CM

12、 12059.48.62000CM 211014.012.61205CM 132010.19.12110CM 228014.513.01320CM 143010.79.82280CM 251015.513.91430CM 154011.310.32510CM 16.414.7第一節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的評價指標(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算方法。 為進一步分析影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素打下基礎(chǔ)。第二節(jié)汽車燃油經(jīng)濟性的計算第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算由

13、和 在萬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算發(fā)動機萬有特性圖和汽車功率平衡圖計算的基本依據(jù)等速時發(fā)動機應(yīng)提供的功率為第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算 設(shè)已知汽車的車速 =150km/h，發(fā)動機功率 =43kW，可在萬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)濟性的計算汽車以ua等速行駛時，燃油消耗量為等速行駛 s 行程時，燃油消耗量折算成等速百公里燃油消耗量加速時發(fā)動機需提供的功率為第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算2.等加速

14、行駛工況燃油消耗量的計算 以速度增加1km/h為間隔，將汽車加速過程分為若干個小區(qū)間，計算各區(qū)間的油耗并將其相加，即得加速油耗。每個小區(qū)間起始或終了時刻車速對應(yīng)的單位時間燃油消耗量第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算 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)濟性的計算各區(qū)間的燃油消耗量為整個加速過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)濟性的計算減速時間減速行駛時發(fā)動機處于怠速狀態(tài)。減速工況燃油消耗量等于減速行駛時間與怠速油耗的乘積。減速過程燃油消耗量減速

15、區(qū)段內(nèi)汽車行駛的距離 怠速油耗。第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算3.等減速行駛工況燃油消耗量的計算 怠速時間。5.整個循環(huán)工況的百公里燃油消耗量Q 整個循環(huán)過程燃油消耗量之和； s 整個循環(huán)的行駛距離。第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟性的計算4.怠速停車時的燃油消耗量第三章 汽車的經(jīng)濟性和排放性能 本節(jié)將從使用和設(shè)計兩方面分析影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素。第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素影響燃油經(jīng)濟性的因素有以下三個：1.燃油消耗率b燃油消耗率與發(fā)動機負荷率及發(fā)動機自身有關(guān)。C為常數(shù)； 為總行駛阻力，502.行駛中消耗的發(fā)動機功率 （或行駛阻力F ）降低汽車重量G ，可以降低 Ff

16、 ；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)濟性的因素3.怠速油耗、附件油耗、制動能量損耗改進發(fā)動機設(shè)計、改善用車交通環(huán)境可以提高汽車的燃油經(jīng)濟性。第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素一、使用方面1.車速 低速時FW ，F(xiàn)f但負荷率 ，b 中等車速經(jīng)濟性相對較好高速時負荷率 ， b 但 FW ，F(xiàn)f ， Qs第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 2.擋位選擇 使用高擋可節(jié)省燃油； 汽車起步加速過程中，從經(jīng)濟性角度出發(fā)要盡早換入高擋；從動力性角度出發(fā)要用足低擋。車速一定時， 一定用高擋，后備功率負荷率b Qs 第三

17、節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素貨車以100tkm計算成本，折算到每噸貨物的油耗將降低。3.帶掛車運輸1）提高生產(chǎn)率3050；2）降低油耗20% 30%。較大帶掛車運輸時帶掛車運輸?shù)谌?jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素4.正確地保養(yǎng)與調(diào)整第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素（1）制動器間隙要合適 間隙過小，容易出現(xiàn)“自剎”現(xiàn)象，損耗發(fā)動機功率，導(dǎo)致制動器發(fā)熱，消耗燃油； 間隙過大，制動反應(yīng)“遲鈍”，導(dǎo)致制動距離加長。（2）輪轂軸承預(yù)緊度調(diào)整要正常 預(yù)緊度過低，輪胎打擺，直線行駛性差； 預(yù)緊度過大，軸承發(fā)熱，軸承磨損加快。 行駛中緊急制動（急剎車）、高速行車中猛打轉(zhuǎn)向盤都會造成軸承早期磨損。第三節(jié) 影響汽車燃

18、油經(jīng)濟性的因素3）輪胎氣壓要合適 氣壓過低，導(dǎo)致車輛操控性降低，燃油消耗增大，輪胎磨損加??；輪胎氣壓過高，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)濟性的因素車型整備質(zhì)量/kg油耗量（綜合）路虎發(fā)現(xiàn) V6 4.0 270015.2 勞斯萊斯 幻影 V12 6.7 2495 15.9 梅賽德斯-奔馳 E55 183512.9 伊蘭特1.6自動舒適型 1210 9.0夏利N3 9006.0奧拓 6704.0幾種不同車型的油耗第三

19、節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟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)動機，負荷率低，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)濟性的因素2.發(fā)動機 1）提高現(xiàn)有發(fā)動機的熱效率和機械效率（熱損失占化學(xué)能65左右）； 2）擴大柴油發(fā)動機的應(yīng)用范圍； 3）增壓化； 4 ）廣泛采用電子計算機控制技術(shù)。第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素

20、想一想柴油機有哪些特點？ 提到柴油機時，人們想到的是黑煙、臭味和嘈雜的噪聲。使用柴油發(fā)動機的拖拉機、坦克、輪船等給人粗大笨拙的印象，似乎難登大雅之堂。 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)濟性的因素車型發(fā)動機排量/L最高車速加速時間/s油耗量270CDIL5（柴油）2.6852309.26.74240V6（汽油）2.5972369.210.8柴油機可節(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)濟性的因素單缸SDI柴油發(fā)動機；排量0.299L；壓縮比16.5:1；最大轉(zhuǎn)矩18.4Nm/200

21、0r/min；最大功率 6.25kW(8.5PS)/4000r/min；發(fā)動機質(zhì)量26kg;中置橫放。1升油耗概念車發(fā)動機 柴油機熱效率比汽油機高30%； 用于轎車可降低油耗30%； 在西歐新注冊的汽車中，2001年柴油車的份額為32%，2005年柴油車的份額上升到了49.5% 。第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素 我國一汽2002年推出捷達柴油轎車，但我國柴油硫含量高，使用中排放物的煙度和微粒排放量較大。 目前我國柴油轎車有：捷達SDI、寶來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)動機）。 SDI是英文Suction Direct Injection 的縮寫，意為自然吸氣直接噴射（柴油發(fā)動機）。第三節(jié) 影響汽車燃油經(jīng)濟性的因素擋位越多，油耗越低；無級變速最理想。3.傳動系 目前很多轎車采用的是帶液力變矩器的自動換擋變速器，擋位一定時可依靠液力變矩器實現(xiàn)無級變速，