第三章汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性能課件

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12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。3截止2006年底，我國已探明石油剩余經(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。中國石油的相當(dāng)一部分依賴進(jìn)口自1993年開始，中國已成為石油凈進(jìn)口國，且進(jìn)口量逐年增加；石油對(duì)外依賴程度越來越大。2004年以來，中國的石油消費(fèi)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(huì)議上提出《京都議定書》。至2005年2月，全球已有141個(gè)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(huì)全稱《聯(lián)合國氣候變化框架公約》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7－18日在丹麥?zhǔn)锥几绫竟匍_。來自192個(gè)國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。

45“安全、環(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(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2007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)》中國政府對(duì)汽車排放治理力度很大678910111213141516節(jié)能要求正在強(qiáng)化17181920更加嚴(yán)格的第三階段即將實(shí)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(duì)迅速增長的石油資源需求，

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《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2015年，全國平均乘用車燃油消耗量將降為7L/100km左右。2122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%。2324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（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)25本節(jié)將介紹中國、歐洲及美國燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。美國燃油經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)：一定運(yùn)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(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/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？26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.等速工況寶來轎車等速油耗1.8L6.4M/7.0A/90km/h8.5M/9.2A/120km/h1.8T6.1M/7.0A/

90km/h8.7M/9.2A/120km/h27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.循環(huán)行駛試驗(yàn)工況1）歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）28第一節(jié)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)2）美國環(huán)境保護(hù)局（EPA）29第一節(jié)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)3）中國相關(guān)規(guī)定30第一節(jié)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)3）中國相關(guān)規(guī)定31第一節(jié)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)32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(dá)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(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)33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。34思考：通過以上相關(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(cè)量方法按照GB19233—2003《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。35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)過發(fā)動(dòng)機(jī)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。36D—288K（15°C）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)37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CM≤7507.66.61540<CM≤166012.010.8750<CM

≤8657.66.91660<CM≤177012.611.3865<CM

≤9808.27.41770<CM≤188013.111.8980<CM≤10908.88.01880<CM≤200013.612.21090<CM≤12059.48.62000<CM≤211014.012.61205<CM≤132010.19.12110<CM≤228014.513.01320<CM≤143010.79.82280<CM≤251015.513.91430<CM≤154011.310.32510<CM16.414.7第一節(jié)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)38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39第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算由

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(jì)算等速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)提供的功率為發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖和汽車功率平衡圖計(jì)算的基本依據(jù)40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，可在萬有特性圖上確定燃油消耗率

b=270g/(kW·h)。41汽車以u(píng)a等速行駛時(shí)，燃油消耗量為b—燃油消耗率 ；ρ—燃油的密度（kg/L）；g—重力加速度（m/s2）。汽油ρg=6.96～7.15N/L；柴油ρg=7.94～8.13N/L。第二節(jié) 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算等速行駛s行程時(shí)，燃油消耗量折算成等速百公里燃油消耗量42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432.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，將汽車加速過程分為若干個(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44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45…各區(qū)間的燃油消耗量為整個(gè)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(jì)性的計(jì)算46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。減速過程燃油消耗量減速區(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(jì)性的計(jì)算3.等減速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算47—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48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49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，502.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

；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513.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52一、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532.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(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，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54貨車以100t·km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30％～50％；2）降低油耗20%～

30%。較大帶掛車運(yùn)輸時(shí)帶掛車運(yùn)輸?shù)谌?jié)影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素554.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56（1）制動(dòng)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(dòng)機(jī)功率，導(dǎo)致制動(dòng)器發(fā)熱，消耗燃油；間隙過大，制動(dòng)反應(yīng)“遲鈍”，導(dǎo)致制動(dòng)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(dòng)（急剎車）、高速行車中猛打轉(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573）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，輪胎磨損加劇；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(jì)性的因素58二、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59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60車型整備質(zhì)量/kg油耗量（綜合）路虎發(fā)現(xiàn)

V6

4.0270015.2勞斯萊斯

幻影

V12

6.7249515.9梅賽德斯-奔馳E55183512.9伊蘭特1.6自動(dòng)舒適型12109.0夏利N39006.0奧拓6704.0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61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622.發(fā)動(dòng)機(jī)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）；擴(kuò)大柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍；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63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。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64車型發(fā)動(dòng)機(jī)排量/L最高車速加速時(shí)間/s油耗量270CDIL5（柴油）2.6852309.26.74240V6（汽油）2.5972369.210.8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65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18.4N·m/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49.5%。第三節(jié)影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素66我國一汽2002年推出捷達(dá)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(dá)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(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67擋位越多，油耗越低；無級(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