汽车节能技术的原理及应用

0汽车节能技术的原理及应用录1、汽车燃料经济性评定指标及试验方法11.1能源和节能11.2汽车燃料经济性评定指标11.3汽车燃料经济性试验方法21.3.1道路试验法31.3.2统计法42、影响汽车燃油经济性的主要因素及汽车节能途径52.1汽车燃料的能量消耗52.1.1热量转变为机械功时的损失52.1.2指示功率转变为有效功率时的机械损失52.1.3有效功率转变为汽车去动功率时的传动损失52.2影响汽车燃料经济性主要因素及节能途径62.2.1发动机72.3车辆结构112.3.1整车匹配对整车燃料经济性的影响112.3.2轮胎对整车燃油经济性的影响1412.3.3空气阻力对燃油经济性的影响172.3.4重量对整车燃油经济性的影响192.4底盘传动效率对燃油经济性的影响212.4.1润滑油、齿轮油的选用对燃油经济性的影响212.4.2底盘各部分的调整对燃油经济性的影响232.4.3行驶状况和驾驶习惯对燃油经济性的影响24概述随着国家节能政策的逐步实施，国家对汽车燃油经济性标准的要求越来越严格，同时随着燃油价格的持续上涨，消费者对汽车产品的燃油经济性也越来越关注。奥铃技术中心借工程研究院要求各事业部进行油耗摸底的机会，并结合工程研究院组织的整车降油耗技术讲座，特做此材料，供大家参考学习。汽车燃料经济性评定指标及试验方法1.1能源和节能《中华人民共和国节约能源法》中规定了能源和节能的概念。能源，是指煤炭、原油、天然气、电力、焦炭、煤气、热力、成品油、液化石油气、生物质能和其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源。节能，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理的利用能源。节能是国家发展经济的一项长远战略方针。1.2汽车燃料经济性评定指标汽车的燃料经济性是指汽车在一定的使用条件下，完成单位运输量所消耗燃料的多少，是汽车的主要使用性能之一。汽车的燃料经济性是用汽车燃油消耗的多少来评价的，通常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。我国及欧洲一般采用升/百公里（L/100km）作为汽车燃油经济性的指标来衡量。美国、英国等一些国家则用英里/加仑（mile/Usgal或MPG）数值作为汽车燃油经济性指标，即用每消耗1加仑的燃料时汽车行驶的英里数来表示（1英里=1.6093km,1美加仑=3.785L，1英加仑=4.546L）,该数值越大，则说明该车的燃油经济性越好。21.3汽车燃料经济性试验方法欧洲经济委员会（ECE）规定，要测量车速为90km/h和120km/h的等速百公里燃油消耗量和按ECE-R.15循环工况的百公里燃油消耗量，并各取1/3相加作为混合百公里燃油消耗量来评定汽车燃油经济性。图2-1欧洲(ECE)测量汽车燃油经济性的工况美国环境保护局（EPA）规定，要测量城市循环工况（UDDS）及公路循环工况（HWFET）的燃油经济性（单位为每加仑燃油汽车行驶英里数mile/gal），并按下式计算综合燃油经济性（单位为mile/gal），作为综合评价指标。综合燃油经济性=1/[（0.55/城市循环工况燃油经济性）+（0.45/公路循环工况燃油经济性）]图2-2美国(EPA)测量汽车燃油经济性的工况我国常用的汽车油耗指标是L/100km，汽车制造厂提供的汽车燃油经济性指标就是如此表示的。汽车的燃油油耗量，可以根据发动机台架试验的结果进行计算，但最简单最常用的方法是通过道路试验确定。我国运输部门采用的油耗指标有两个：一个是汽车制造厂的油耗指标；另一个是汽车运输部门，根据气候、道路等条件制定的油耗指标。前者经过专门的试验确定，后者大多根据3统计或者实际道路试验确定。1.3.1道路试验法我国汽车燃油消耗量的测定，有GB/T12545.2-2001《商用车燃料消耗量试验方法》、GB/T19233-2003《轻型车燃料消耗量试验方法》和GB/T12545.1-2001《乘用车燃料消耗量试验方法》三种试验方法。1.3.1.1商用车燃油消耗量试验按照GB/T12545.2-2001《商用车燃料消耗量试验方法》的规定，商用车燃料消耗量试验方法有两种测定方法。1.3.1.1.1等速行驶燃油消耗量试验等速行驶燃料消耗量试验及可以在测功机上进行，也可在道路上进行。测试路段：试验测试路段长500m。试验方法：汽车用直接档位（自动变速器车辆采用高档），等速行驶，通过500m的测试段，测量通过该路段的时间及燃料消耗量。试验车速从20km/h(最低稳定车速高于20km/h时，从30km/h)开始，以10km/h的整数倍均匀选取车速，直至最高车速的90%，至少测试5个试验车速。同一车速往返各进行2次。根据计算结果，绘制成燃料消耗量（L/100km）与车速（km/h）的关系曲线，称为等速油耗曲线。根据曲线可以比较出燃料经济性的大小。由于汽车在行使中有加速、减速、制动等各种工况，而等速行驶的机会是很少的，等速油耗试验方法与实际使用中的情况差别较大，商用车燃料消耗量试验还需要采用多工况燃料消耗量试验方法。1.3.1.1.2多工况循环燃料消耗量试验多工况循环燃料消耗量试验既可在测功机上进行，也可以在道路上进行。城市客车及双层客车采用四工况循环试验，其他商用车采用六工况循环试验。试验往返各进行两次，以四次试验结果的算术平均值为多工况多工况燃料消耗量试验的测定值。图2-3中国测量汽车燃油经济性的工况在底盘测功机上进行多工况循环道路试验，取3次试验结果的算术平均值为多工况循环燃料消耗量试验的测定值。多工况循环燃料消耗量试验是针对汽车使用中的各种工况制定的，有加速、减速、等速，以及不同车速的各种工况，所以试验结果接近实用情况。41.3.1.1.3轻型汽车燃料消耗量试验方法GB/T19233-2003《轻型车燃料消耗量试验方法》规定了汽车在模拟城市和市郊工况循环下，通过测定排放的尾气含量，用碳平衡法计算燃料消耗量的试验方法和计算方法。该方法适用于以点燃式发动机或压燃式发动机为动力，最大设计车速大于或等于50km/h的M1类（包括驾驶员座位在内，座位数不超过九座的载客车辆），也可用于最大设计总质量不超过3.5t的M2类（包括驾驶员座位在内，座位数超过九座，且最大设计总质量不超过5000kg的载客车辆）和N1类（最大涉及总质量不超过3500kg的载货车辆）车辆。轻型汽车燃油消耗量试验方法中二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物的测定按GB18352.2-2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（Ⅱ）》的相关规定进行，其燃料消耗量的计算方法如下：汽油车：FC=0.1154[(0.866×HC)+(0.429×CO)+（0.273×CO2）]/D柴油车：FC=0.1155[(0.866×HC)+(0.429×CO)+（0.273×CO2）]/D式中FC——燃料消耗量，L/100km；HC——测得的碳氢排放量，g/km；CO——测得的一氧化碳排放量，g/km；CO2——测得的二氧化碳排放量，g/km；D——288K（15摄氏度）下试验燃料的密度，kg/L。1.3.1.2乘用车燃料消耗量试验方法按GB/T12545.1-2001《乘用车燃料消耗量试验方法》的规定，乘用车燃料消耗量试验有两种测定方法。1.3.1.2.1等速行驶燃料消耗量试验等速行驶燃料消耗量试验既可在测功机上进行，也可以在道路上进行。测试路段：试验测试路段长度至少2000m。试验方法：汽车以90km/h和120km/h的速度等速行驶，通过测试路段，测量通过该路段的时间及燃料消耗量。根据计算结果，可以比较出燃料经济性情况。汽车在行使中有加速、减速、制动等各种工况，而等速行驶的机会是很少的。等速油耗试验方法与实际使用中的情况差别较大。1.3.1.2.2模拟城市工况循环燃料消耗量试验模拟城市工况循环燃油消耗量试验规定在底盘测功机上进行15种工况循环道路试验，取3次试验结果的算术平均值为模拟城市工况循环燃料消耗量试验的测定值。模拟城市工况循环燃油消耗量试验是针对汽车使用中的各种工况制定的，有加速、减速、等速，以及不同车速的各种工况，所以试验结果接近实用情况。1.3.2统计法有些汽车运输单位有自行规定的汽车油耗指标，也就是企业的油耗定额，是用统计方法5确定的。一般用于月、季度，或者1年的时间为单位进行统计确定。这种统计试验法，至少应有10辆以上的车辆，行驶里程超过一万公里。这样测得的误差以及偶然性便会减少，测试的结果就比较准确。2影响汽车燃油经济性的主要因素及汽车节能途径2.1汽车燃料的能量消耗汽车依靠发动机发出的动力，通过传动装置推动汽车前进，而发动机是依靠燃料在气缸内燃烧，放出热量，使燃气的温度和压力增加，体积膨胀，推动活塞做功而获得动力。在此过程中，燃料燃烧后只有一小部分能量转化为有用功，其余大部分以不同形式分别损失在发动机本身和汽车传动装置中。汽车能量转换时的损失情况，可分为以下三点。2.1.1热量转变为机械功时的损失燃料发出热能的损失，主要是排气、散热、漏气等造成的。发动机工作时气缸内热量的利用程度，用指示功率表示，它是指气体膨胀推动活塞在单位时间内所做的功。指示功率=（推动活塞做功的有效热量）/（燃料总热量）上式说明，推动活塞所做功的有效热量越多，发动机的指示功率越高，则热量损失越少。一般四行程汽油机的指示功率为0.25-0.35，热量损失达65%-75%；柴油机的指示功率为0.4左右，热量损失达60%。2.1.2指示功率转变为有效功率时的机械损失发动机工作时活塞所承受的力，经过连杆使曲轴旋转，经飞轮输出动力。由于部分指示功率要消耗在发动机本身的摩擦损失上，所以从飞轮上实际输出的有效功率要小于指示功率。为表明发动机指示功率的利用程度，可用机械效率表示。机械效率=（有效功率）/（指示功率）汽油发动机的机械效率约为0.7-0.9，说明发动机的功由活塞经曲轴到飞轮时，摩擦损失达10%-30%，具体见表2-1。表2-1柴油机和汽油机热量分配表热量分配转变为有效功的热量/%冷却水带走的热量/%废气带走的热量/%不完全燃烧损失的热量/%其他热损失/%柴油机汽油机30-3519-2525-3230-4020-2521-250-26-1310-207-16注：其他热损失包括机件摩擦损失和发动机外表面热辐射损失等。2.1.3有效功率转变为汽车动功率时的传动损失发动机发出的有效功率，经过传动装置传到驱动轮时，由于一部分有效功率损失在传动装置中，所以驱动功率又小于有效功率。为表明有效功率的利用程度，可用传动效率来表示。传动效率=（驱动轮功率）/（有效功率）不同车辆的传动效率大约为80%-95%，即有5%-20%的有效功率消耗于传动装置中。直接档6因为是动力直接从中间轴传递，在变速器内部不经过齿轮传递，所以光从传动效率应来说，直接档比其它档位稍高。图2-4为一卡车的能量消耗分布图。图2-4卡车的能量消耗分布图从上图可以看出，发动机及附件能耗占60%，克服空气阻力的能量占21%，能量转化为机械能传到轮胎，用于克服轮胎滚动阻力做功的能量占13%。汽车节能的关键是降低图中的热能损失和降低摩擦。2.2影响汽车燃料经济性主要因素及节能途径影响汽车燃料经济性的主要因素，请见鱼刺图2-5。后桥速比发动机燃油种类万有特性排放水平增压程度喷油正时发动机附件冷却水温进气阻力排气阻力风扇离合器齿轮油黏度负荷程度空气阻力轮胎类型润滑油选用整车重量各缸工作情况供油系统制动间隙四轮定位离合器间隙手制动间隙整车载重行驶时间路面状况天气影响驾驶员身体状况气候影响驾驶情况行驶路线驾驶态度驾驶习惯驾驶技术整车燃料经济性7图2-5影响汽车燃料经济性的主要因素2.2.1发动机2.2.1.1发动机结构发动机的油耗对汽车的油耗有决定性的影响，而发动机的油耗取决于发动机的结构。发动机的压缩比高、有完善的供油系统及合理的燃烧室形状、采用电子点火系统等都能降低发动机的比油耗。下面就以上几方面对比油耗的影响逐一分析。2.2.1.1.1冷却系对热效率的影响发动机中通过缸