汽车理论第二章汽车的燃油经济性.ppt

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1、第二章第二章 汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性本章基本思路：本章基本思路：1、如何准确评价汽车燃油经济性、如何准确评价汽车燃油经济性 2、如何计算汽车的燃油经济性、如何计算汽车的燃油经济性 3、有哪些因素影响汽车的燃油经济性、有哪些因素影响汽车的燃油经济性？4、如何计算装有变矩器汽车的燃油经济性、如何计算装有变矩器汽车的燃油经济性？循环行驶试验工况循环行驶试验工况 依据汽车发动机万有特性进行燃油经济性估算依据汽车发动机万有特性进行燃油经济性估算 汽车的使用因素、汽车的结构因素（轿车的尺寸和质量、汽车的使用因素、汽车的结构因素（轿车的尺寸和质量、发动机的性能、传动系类型和匹配、汽车的外形和轮胎等

2、）发动机的性能、传动系类型和匹配、汽车的外形和轮胎等）5、新一代高效率节能汽车的研究（电动汽车的研究）、新一代高效率节能汽车的研究（电动汽车的研究）依据发动机小时燃油消耗量依据发动机小时燃油消耗量 求出求出共共5 5节内容节内容1汽车燃油经济性评价指标汽车燃油经济性评价指标2汽车燃油经济性计算汽车燃油经济性计算3影响汽车燃油经济性的因素影响汽车燃油经济性的因素4装有液力变矩器汽车的燃油装有液力变矩器汽车的燃油 经济性计算经济性计算5电动汽车的研究（电动汽车的研究（PRIUS简介）燃油经济性燃油经济性尽量少的燃油消耗尽量少的燃油消耗一定的动力性条件下一定的动力性条件下燃油经济性好燃油经济性好降低

3、汽车的使用费用降低汽车的使用费用减少进口的石油量减少进口的石油量节约资源节约资源降低降低CO2等的排放等的排放 意义意义 研究有何意义研究有何意义？第一节第一节 汽车燃油经济性的评价指标汽车燃油经济性的评价指标评价指标评价指标每百公里每百公里的燃油消耗量的燃油消耗量一定的燃油量一定的燃油量行驶的里程行驶的里程等速百公里等速百公里燃油消耗量曲线燃油消耗量曲线循环行驶循环行驶试验工况试验工况反映实际的汽车反映实际的汽车行驶情况行驶情况本节解决的基本问题：本节解决的基本问题：如何准确评价汽车燃油经济性如何准确评价汽车燃油经济性为什么等速行驶工况并没有全面反映汽车的实际运行情况？为什么等速行驶工况并没

4、有全面反映汽车的实际运行情况？测量汽车燃油经济性的行驶工况图测量汽车燃油经济性的行驶工况图欧洲经济委员会欧洲经济委员会 ECE 汽车测功器循环油耗：利用底盘测功机汽车测功器循环油耗：利用底盘测功机(转鼓试验转鼓试验台台)在室内模拟各种工况进行测试。在室内模拟各种工况进行测试。测量汽车燃油经济性的行驶工况图测量汽车燃油经济性的行驶工况图美国环境保护局美国环境保护局 EPA 测量汽车燃油经济性的行驶工况图测量汽车燃油经济性的行驶工况图我国我国乘用车燃油消耗量限值乘用车燃油消耗量限值1、执行及实施日期、执行及实施日期2005.07.01正式实施正式实施（1）对于新开发车型：）对于新开发车型：2005

5、.07.01开始执行第一开始执行第一阶段限值要求，第二阶段执行日期为阶段限值要求，第二阶段执行日期为2008.0101（2）对于在）对于在 生产车型生产车型2006.0701执行第一阶段限执行第一阶段限值要求，第二阶段执行日期为值要求，第二阶段执行日期为2009.0101。2、标准、标准（1）限值：如表）限值：如表22所列所列（2）测量方法：）测量方法：A、燃油消耗量：碳平衡法计算、燃油消耗量：碳平衡法计算B、试验循环：如图、试验循环：如图2-3第二节第二节 汽车燃油经济性的计算汽车燃油经济性的计算发动机的万有特性曲线发动机的万有特性曲线Pe n b功率平衡曲线功率平衡曲线燃油经济性的计算燃油

6、经济性的计算本节解决的基本问题：本节解决的基本问题：如何计算汽车的燃油经济性如何计算汽车的燃油经济性 依据汽车发动机万有特性进行燃油经济性计算依据汽车发动机万有特性进行燃油经济性计算 发动机负荷特性：转速发动机负荷特性：转速n不变，不变，be=f(Pe),B=f(Pe),tr=f(Pe)，发动机速度特性：节气门开度发动机速度特性：节气门开度不变，不变，Ttq=f(n),Pe=f(n),be=f(n),发动机万有特性：发动机万有特性：n为横坐标，为横坐标，Pme（Pe)为纵坐标，在图上画出许为纵坐标，在图上画出许多等多等be,等等，等排放、等，等排放、等a等曲线。等曲线。发动机的万有特性曲线发动

7、机的万有特性曲线 最佳燃油经济性出现在一最佳燃油经济性出现在一个很小的发动机转速区域内，个很小的发动机转速区域内，而在此区域内燃油经济性最而在此区域内燃油经济性最佳的负荷率大致为佳的负荷率大致为8090%所谓所谓负荷率负荷率是是 在一个确定的发动机转在一个确定的发动机转速下速下,实际负荷与该转速下实际负荷与该转速下最大可能承受的负荷的比最大可能承受的负荷的比值。随着负荷率下降发动值。随着负荷率下降发动机的效率也大幅度下降。机的效率也大幅度下降。Pe1Pe2Pe3负荷负荷Pe2Pe1100 可见，部分负荷，尤其可见，部分负荷，尤其是低速时负荷率很低，负是低速时负荷率很低，负荷率远离比耗油率的最佳

8、荷率远离比耗油率的最佳经济区！经济区！发动机实际负荷发动机实际负荷 等速行驶工况燃油消耗量的计算等速行驶工况燃油消耗量的计算万有特性曲线万有特性曲线车速车速ua阻力功率阻力功率P燃油消耗率燃油消耗率燃油消耗量燃油消耗量P 阻力功率阻力功率(KW)b 燃油消耗率燃油消耗率(g/(KWh)g N/Lg N/L单位时间内的燃油消耗量单位时间内的燃油消耗量等速行驶燃油消耗量的计算等速行驶燃油消耗量的计算行程行程s(m)车速车速ua(Km/h)所用时间所用时间t(s)等速行驶等速行驶s m 燃油消耗量燃油消耗量折算成等速百公里燃油消耗量折算成等速百公里燃油消耗量等加速行驶工况燃油消耗量的计算等加速行驶工

9、况燃油消耗量的计算发动机提供的功率发动机提供的功率滚动阻力功率滚动阻力功率空气阻力功率空气阻力功率加速阻力功率加速阻力功率等加速行驶燃油消耗量的计算等加速行驶燃油消耗量的计算(ua1 ua2)将将ua2-ua1分成分成若干个小区间若干个小区间每个区间计算每个区间计算燃油消耗量燃油消耗量将所有区间的将所有区间的燃油消耗量相加燃油消耗量相加等加速行驶工况等加速行驶工况燃油消耗量燃油消耗量u将将ua2-ua1分成若干个小区间（如每分成若干个小区间（如每1Km/h为一区间）为一区间）速度增加速度增加1Km/h所需的时间所需的时间(s)发动机的功率发动机的功率u每个区间计算燃油消耗量每个区间计算燃油消耗

10、量燃油消耗率燃油消耗率区间起始区间起始时的车速时的车速区间燃油消耗量区间燃油消耗量u将所有区间的燃油消耗量相加将所有区间的燃油消耗量相加如第一个区间的燃油消耗量为如第一个区间的燃油消耗量为如第二个区间的燃油消耗量为如第二个区间的燃油消耗量为u等加速行驶工况燃油消耗量等加速行驶工况燃油消耗量u等加速区间内行驶的距离等加速区间内行驶的距离等减速行驶工况燃油消耗量的计算等减速行驶工况燃油消耗量的计算等减速行驶等减速行驶发动机怠速状态发动机怠速状态等减速行驶等减速行驶燃油消耗量燃油消耗量怠速燃油消耗率怠速燃油消耗率等减速行驶时间等减速行驶时间减速时间减速时间t(s)减速过程燃油消耗量减速过程燃油消耗量

11、(ml)怠速燃油怠速燃油消耗率消耗率等减速过程等减速过程行驶的距离行驶的距离(m)怠速停车时的燃油消耗量的计算怠速停车时的燃油消耗量的计算怠速停车怠速停车燃油消耗量燃油消耗量怠速燃油消耗率怠速燃油消耗率怠速停车时间怠速停车时间整个循环工况的百公里燃油消耗量的计算整个循环工况的百公里燃油消耗量的计算循环工况循环工况等速等速等加速等加速怠速停车怠速停车等减速等减速百公里百公里燃油消耗量燃油消耗量CHINAECE-R.15整个循环行驶的距离整个循环行驶的距离第三节第三节 影响汽车燃油经济性的因素影响汽车燃油经济性的因素汽车等速百公里燃油消耗量汽车等速百公里燃油消耗量行驶阻力行驶阻力本节解决的基本问题

12、：本节解决的基本问题：有哪些因素影响汽车的燃油经济性有哪些因素影响汽车的燃油经济性发动机应提供发动机应提供的功率的功率比耗油率比耗油率美国轿车循环工况的能量平衡美国轿车循环工况的能量平衡影响汽车影响汽车燃油经济性的因素燃油经济性的因素汽车的使用汽车的使用汽车的结构汽车的结构汽车的使用汽车的使用行驶车速行驶车速挡位的选择挡位的选择挂车的应用挂车的应用保养与调整保养与调整燃油消耗率燃油消耗率后备功率的变化后备功率的变化发动机的负荷增加发动机的负荷增加质量利用系数大质量利用系数大发动机的性能发动机的性能汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力一、汽车的使用一、汽车的使用二、汽车的结构二、汽车的结构u轿车的尺寸和

13、质量轿车的尺寸和质量轿车的尺寸轿车的尺寸和质量和质量Ff,Fw,Fi,Fj发动机负荷较低发动机负荷较低微型车微型车铝和铝和复合材料复合材料铝合金车身铝合金车身燃油经济性与汽车质量的关系燃油经济性与汽车质量的关系u发动机性能发动机性能发动机的性能发动机的性能机械损耗机械损耗热损失热损失提高机械和热效率提高机械和热效率柴油机的效率高柴油机的效率高增压发动机的应用增压发动机的应用发动机电喷技术发动机电喷技术65%化学能化学能汽油缸内直喷技术汽油缸内直喷技术u传动系性能传动系性能传动系的挡位传动系的挡位分级式变速器分级式变速器发动机的负荷发动机的负荷无级式变速器无级式变速器传动系档位数增多后，增加了选

14、择合适档位使发动机处于经济工作状况的机会，传动系档位数增多后，增加了选择合适档位使发动机处于经济工作状况的机会，有利于提高燃油经济性？有利于提高燃油经济性？如何解释如何解释?发动机的发动机的某一负荷某一负荷 ua=0.377nr/i0ign1n2u1档位数增多档位数增多受受结构复杂、制造结构复杂、制造成本成本CVT因此，增加了选择因此，增加了选择合适档位使发动机合适档位使发动机处于经济工作状况处于经济工作状况的机会，有利于提的机会，有利于提高燃油经济性高燃油经济性无级变速传动的工作原理简介无级变速传动的工作原理简介工作原理工作原理Continuously Variable Transmissi

15、on 缺点缺点成本较高成本较高VT1F 2760 300 v效率较低效率较低v传递功率有限传递功率有限金属传动带金属传动带金属传动带由多金属传动带由多个金属片和两组个金属片和两组金属环组成，金金属环组成，金属片在两侧工作属片在两侧工作轮的挤压作用下轮的挤压作用下传递动力，金属传递动力，金属环在动力传递过环在动力传递过程中主要用来将程中主要用来将金属片约束在一金属片约束在一起，并正确地引起，并正确地引导金属片运动。导金属片运动。从发动机试验台架上获得的，从发动机试验台架上获得的，n不变时不变时b与与Pe的关系的关系（负荷特性），我们很容易找出，某一（负荷特性），我们很容易找出，某一n最小的最小的

16、b包络线即为最低燃油消耗率曲线包络线即为最低燃油消耗率曲线某一车速某一车速ua的传动比的传动比 ne r i=0.377 i0 ua外特性外特性最佳燃油消耗率特性最佳燃油消耗率特性某一某一路面的阻力功率曲线路面的阻力功率曲线将同一将同一路面所求出的路面所求出的 i连起来连起来有无数多的工况点有无数多的工况点 最经济最经济因此可得到无数因此可得到无数i=0.25=0.01ua(Pe)C模式模式(Comfort，舒适舒适)以以i为控制目标的三维为控制目标的三维MAP图图ua(Pe)S(Sport，运动运动)模模式式将同一将同一路面所求出的路面所求出的i连起来连起来最大传动比最大传动比 发动机转速为

17、最大功率发动机转速为最大功率转速时转速时i与车速关系曲线与车速关系曲线发动机最低转速发动机最低转速时时i与车速关系曲线与车速关系曲线最小传动比最小传动比 受限于受限于CVT结构结构 受限于受限于CVT结构结构 ig=0.377nr/i0ua0 全开全开调节带轮宽度即可改调节带轮宽度即可改变变r1 r2，即改变传动，即改变传动比。比。CVT技术已经实技术已经实用化了！用化了！u汽车外形与轮胎汽车外形与轮胎汽车的外形汽车的外形轮胎轮胎空气阻力系数空气阻力系数空气阻力空气阻力滚动阻力系数滚动阻力系数滚动阻力滚动阻力CD值的降低与燃油节省程度值的降低与燃油节省程度滚动阻力与燃油消耗量的关系滚动阻力与燃

18、油消耗量的关系 第四节第四节 装有液力变矩器汽车燃油经济性的计算装有液力变矩器汽车燃油经济性的计算装有液力变矩器装有液力变矩器汽车燃油经济性的计算汽车燃油经济性的计算发动机的特性发动机的特性液力传动装置液力传动装置的特性的特性泵轮的转矩特性泵轮的转矩特性液力变矩器的液力变矩器的无因次特性无因次特性本节解决的基本问题：本节解决的基本问题：如何估算装有变矩器汽车的燃油经济性如何估算装有变矩器汽车的燃油经济性？发动机的转矩以及燃油消耗量与转速及节气门开度的关系发动机的转矩以及燃油消耗量与转速及节气门开度的关系可由万有特性上得可由万有特性上得一定时一定时b装有液力变矩器汽车的转矩平衡曲线装有液力变矩器

19、汽车的转矩平衡曲线百公里燃油百公里燃油消耗量消耗量小时燃油消小时燃油消耗量耗量(L/h)百公里燃油消耗量与车速曲线百公里燃油消耗量与车速曲线Qs ua第五节第五节 电动汽车的研究电动汽车的研究防止地球变暖防止地球变暖节约燃油节约燃油控制排气污染控制排气污染高效节能汽车高效节能汽车PNGV复合动力的电力驱动装置复合动力的电力驱动装置制动能耗回收利用装置制动能耗回收利用装置降低汽车的装备质量降低汽车的装备质量降低阻力系数降低阻力系数(f,CD)降低附属设备能耗降低附属设备能耗Partnership for A new Generation of Vehicles 1993年新一代汽车伙伴关系新一代

20、汽车伙伴关系 Hybrid04PRIUS新技术简介新技术简介Prius介介绍Prius的历史1997.10NHW10日本国内28.0 km/L3,57l/100km2000.82003.829.0 km/L3.45l/100km35.5 km/L2.8l/100kmNHW11南美.,欧洲,澳洲,等.NHW20其它国家Prius介介绍混合混合动力力车系列系列19972006200320052001Prius(NHW10)EstimaAlphardPriusPrius(NHW20)(NHW20)RX400hHighlanderCamry HV19972006200320052001CrownGS4

21、50h混合动力汽车（混合动力汽车（Hybrid vehicles)Toyota&Lexus 销售数据销售数据 2004 HV 销售量销售量:世界总销售量世界总销售量:180 000占全部销售量占全部销售量:2,7%2005 HV 销售量销售量:世界总销售量世界总销售量:300 000占全部销售量占全部销售量:4,1%2009 HV销售量销售量:世界总销售量世界总销售量:1 000 000占全部销售量占全部销售量:10%Prius介介绍加速性和燃油加速性和燃油经济经济性性10 15工况工况 范围内的范围内的燃油经济性燃油经济性(km/L)0 100 km/h加速时间加速时间(秒秒.)更好的燃油经

22、更好的燃油经济性济性更好的加速性更好的加速性10203040141210PriusCamry(2.4L)Yaris(1.5L)Honda Civic HV16基本操作基本操作混合动力汽车更具燃油经济性的原因混合动力汽车更具燃油经济性的原因HV 电池电池能量能量-+停止停止开始行驶开始行驶全加速全加速正常行驶正常行驶制动制动行驶动力行驶动力提供能提供能提供能提供能量储存量储存量储存量储存 制动能量制动能量制动能量制动能量 回收回收回收回收发动机发动机输出动输出动力力动力不足时补充动力不足时补充基本操作基本操作THS-II 驱动力特征驱动力特征行驶阻力最大车速最大车速最大巡航最大巡航车速车速 驱动

23、力驱动力 车速车速发动机发动机+电动机电动机+HV 电池供电电池供电EV 模式驾驶模式驾驶加速加速全加速全加速常规车辆常规车辆驱动力 车速行驶阻力1st 2nd3rd4th5thPrius介介绍THS II 系统操作系统操作最大的优点是在同一个系统中，同时使用了最大的优点是在同一个系统中，同时使用了并联和串联系统并联和串联系统动力分配机构力分配机构 Prius介介绍THS II 系统操作系统操作电动机补充发动机的扭矩电动机补充发动机的扭矩电动机机发动机机转速速(rpm)200040006000扭矩扭矩(Nm)100200300400Prius介介绍THS II 结构结构(发动机发动机)1NZ-

24、FXE阿特金森式阿特金森式直列直列 4缸缸16气门气门 双顶置凸轮轴双顶置凸轮轴 1.5升升 汽油发动机汽油发动机最大输出功率SAE-NET(-A,-K)57 kW 5000 rpm(76 HP 5000 rpm)EEC(-W,-Q)57 kW 5000 rpm最大扭矩SAE-NET(-A,-K)111 Nm 4200 rpm(82 lbft 4200 rpm)EEC(-W,-Q)115 Nm 4200 rpmPrius介介绍THS II 结构结构发电机发电机(MG1)(MG1)发动机发动机行星齿轮组行星齿轮组高压电池高压电池变频器变频器电动机电动机 (MG2)(MG2)MG1 MG1 实际位

25、置在发动机和行星齿轮组中间实际位置在发动机和行星齿轮组中间THS IIMG(电动机电动机-发电机发电机)参数参数MG1项目项目04 PRIUS类型类型同步交流电机同步交流电机功能功能发电机发电机,发动机的起动机发动机的起动机额定电压额定电压 VAC 500最大输出功率最大输出功率kW(PS)/rpm37.8(51)/9500最大输出扭矩最大输出扭矩Nm(kgfm)/rpm45(4.58)/0 6000最大扭矩时的电流值最大扭矩时的电流值Arms75最大转速最大转速 转转/分分10,000 rpm冷却系统冷却系统水冷水冷THS IIMG(电动机电动机-发电机发电机)参数参数MG2项目项目04 P

26、RIUS类型类型 同步交流电机同步交流电机功能功能发电发电,驱动车轮驱动车轮额定电压额定电压 VAC 500最大输出功率最大输出功率kW(PS)/rpm50(68)/1200 1540最大输出扭矩最大输出扭矩Nm(kgfm)/rpm400(40.8)/0-1200最大扭矩时的电流值最大扭矩时的电流值Arms230最大转速最大转速 转转/分分6,700 rpm冷却系统冷却系统水冷水冷THS-II 运作运作发动机起机起动MG1 作作为起起动机来起机来起动发动机机.同同时,电流也流流也流进MG2,防止防止齿齿圈圈转动.THS-II 运作运作发动机起机起动和怠速和怠速 MG1 启启动发动机后机后,发动

27、机机驱动 MG1 发电 并并给 HV 电池充池充电.THS-II 运作车辆起步当当车辆在小在小负荷荷/慢加速慢加速时只使用只使用 MG2 驱动车辆起步起步.THS-II 运作车辆起步起步当需当需要要更多的更多的动力力时,MG1起起动发动机机.THS-II 运作车辆起步起步发动机启机启动后，后，发动机机驱动MG1发电并供并供给 MG2电能电能.THS-II 运作运作在在轻负荷下加速荷下加速MG2 提供附加的提供附加的驱动力以力以补充充发动机机动力力.驱动驱动MG2的的电流流由由MG1提供提供.THS-II 运作在重负荷下加速(节气门全开)在加速期间MG2 提供附加的驱动力补充发动机动力.MG1产生的电流供给MG2.HV 电池也会根据加速的程度给MG2提供电流.THS-II 运作减速减速(D 档档)减速期减速期间电能不再提供能不再提供给MG1和和 MG2，MG2 被被车轮驱动作作为发电机机给 HV 蓄蓄电池充池充电.华南农业大学车辆工程系 朱余清