汽车性能评价与选购-第三章

第三章汽车燃油经济性的评价主讲人：CONTENTS目录02汽车燃油经济性的评价指标汽车燃油经济性的计算0304影响汽车燃油经济性的因素01电动汽车•书名：汽车性能评价与选购第2版•书号：978-7-111-55996-2•作者：鲍远通主编•出版社：机械工业出版社前言在保证动力性的条件下,汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力称为汽车的燃油经济性。在汽车运输成本中,燃油费用占20%以上,减少燃油消耗可以降低汽车的使用费用;燃油经济性好,可节约石油资源;同时,燃油经济性好可降低发动机产生的温室效应气体CO2的排放。因此,燃油经济性受到各国政府、汽车制造业与汽车使用者的重视。本章重点讨论汽车燃油经济性及提高汽车燃油经济性的措施,通过本章学习应达到以下学习目标:1)掌握汽车燃油经济性的评价指标。2)掌握汽车燃油经济性的计算方法。3)了解影响燃油经济性的汽车结构因素和使用因素。第一节汽车燃油经济性的评价指标第一节汽车燃油经济性的评价指标一、汽车燃油经济性评价指标汽车燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶100km的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。在我国及欧洲,燃油经济性指标用汽车行驶100km所消耗的燃油升数来衡量,单位为L/100km;该数值越大,汽车的燃油经济性越差。在美国,燃油经济性用每加仑燃油能行驶的英里数来衡量,单位为m/g;该数值越大,汽车的燃油经济性越好。在日本,燃油经济性用每升燃油能行驶的千米数来衡量,单位为km/L;该数值越大,汽车的燃油经济性越好。100km燃油消耗量分为等速行驶100km燃油消耗量和循环行驶工况100km燃油消耗量。第一节汽车燃油经济性的评价指标1.等速行驶100km燃油消耗量这是常用的一种评价指标,指汽车在额定载荷(我国标注规定轿车为半载、货车为满载)下,以最高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。常测出每隔10km/h或20km/h速度间隔的等速100km燃油消耗量,将其在以行驶速度为横坐标、100km燃油消耗量为纵坐标的图上连成曲线,称为等速100km燃油消耗量曲线(图3-1),用来评价汽车的燃油经济性。图3-1汽车等速100km燃油消耗量曲线第一节汽车燃油经济性的评价指标2.循环行驶工况100km燃油消耗量由于等速行驶工况没有全面反映汽车的实际运行情况,特别是在市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等行驶工况。因此,在对实际行驶车辆进行跟踪测试统计的基础上,各国都制定了一些典型的循环行驶试验工况来模拟实际汽车运行状况,并以其100km燃油消耗量(或m/g)来评定相应行驶工况的燃油经济性。循环工况规定了车速—时间行驶规范,例如何时换档、何时制动以及行车的速度和加速度等数值。因为在路上试验比较困难,一般多规定在室内汽车底盘测功机(转鼓试验台)上进行测试。第一节汽车燃油经济性的评价指标我国制定了货车与客车的路上行驶循环工况,货车4工况(图3-2)、城市公共客车4工况(GB/T12545.2—2001)(图3-3)、乘用车15工况(GB12545.1—2008)。我国规定以等速100km燃油消耗量和最高档节气门全开加速行驶500m的加速油耗作为单项评价指标,以循环工况燃油消耗量作为综合性评价指标。图3-2我国测量货车燃油经济性的循环行驶工况第一节汽车燃油经济性的评价指标图3-3我国测量城市公共客车燃油经济性的循环行驶工况第一节汽车燃油经济性的评价指标欧洲经济委员会(ECE)规定,要测量车速为90km/h和120km/h的等速100km燃油消耗量、按ECE-R.15循环工况的100km燃油消耗量(图3-4),并各取1/3相加作为混合100km燃油消耗量来评定汽车的燃油经济性。以L/100km计的1/3混合油耗为:1/3混合=1/3ECE+1/3×90km/h+1/3×120km/h图3-4欧洲测量汽车燃油经济性的行驶工况第一节汽车燃油经济性的评价指标美国环境保护局(EPA)规定,要测量城市循环工况(UDDS)及公路循环工况(HWFET,图3-5)的燃油经济性,并按下式计算综合燃油经济性(单位为m/g):综合燃油经济性=10.55城市循环燃油经济性+0.45公路循环燃油经济性图3-5美国测量汽车燃油经济性的行驶工况第一节汽车燃油经济性的评价指标二、汽车燃油经济性标准为了节约能源,不少国家制定了控制燃油消耗限值的法规。1.美国的汽车燃油经济性标准美国针对轿车制定了《公司平均燃油经济性标准》(简称为CAFE)。CAFE是指一个公司全部销售轿车的平均燃油经济性。若不能达到该标准,公司将被处以罚款。美国之前30多年乘用车要求CAFE值为27.5m/g(相当于10.27L/100km)没有发生变化,影响了美国整体汽车的节能。2007年底新标准通过,到2020年达到35m/g,约6.7L/100km。第一节汽车燃油经济性的评价指标2.日本乘用车油耗限值日本2005年和2010年乘用车油耗限值见表3-1。表3-1日本2005年和2010年乘用车油耗限值汽油乘用车燃油消耗量限值(2010年)整备质量/kg≤702703~827828~10151016~12651266~15151516~17651766~20152016~2265≥2266限值/(km/L)21.218.817.916.013.010.58.97.86.4柴油乘用车燃油消耗量限值(2005年)整备质量/kg≤10151016~12651266~15151516~17651766~20152016~2265≥2266限值/(km/L)18.916.213.211.910.89.88.7第一节汽车燃油经济性的评价指标3.中国乘用车燃料消耗量限值（见表3-2）表3-2中国乘用车燃料消耗量限值(单位:L/100km)整备质量(CM)/kg第一阶段(2006年)第二阶段(2009年)第三阶段(2012年)第四阶段(2016年)CM≤7507.26.25.23.9750CM≤8657.26.55.54.1865CM≤9807.77.05.84.3980CM≤10908.37.56.14.51090CM≤12058.98.16.54.71205CM≤13209.58.66.94.91320CM≤143010.19.27.35.11430CM≤154010.79.77.75.31540CM≤166011.310.28.15.51660CM≤177011.910.78.55.71770CM≤188012.411.18.95.71880CM≤200012.811.59.36.22000CM≤211013.211.99.76.42110CM≤228013.712.310.16.62280CM≤251014.613.110.87.02510CM15.613.911.57.3第一节汽车燃油经济性的评价指标我国部分乘用车燃油经济性的实际情况见表3-3表3-3我国部分乘用车燃油消耗量)序号商标名称及产品型号整备质量/kg燃油消耗量/(L/100km)标准限值2006年标准限值2009年综合值1东风标致牌DC7146A206轿车10508.37.56.402东风雪铁龙牌DC7148A轿车10408.37.56.403东风标致牌DC7164C307轿车(自动档)132410.19.28.504东风标致牌DC7164C307轿车(手动档)12939.58.67.805上汽荣威牌荣威350(1.5AT)12809.58.67.66上汽荣威牌荣威350(1.5MT)12659.58.67.3第一节汽车燃油经济性的评价指标4.欧洲汽车燃油经济性标准欧洲汽车制造商联合会(ACEA)同欧洲委员会制定了一项自愿协议,以减少轻型客车(包括轿车)的CO2排放。在协议中规定,2010年欧洲轿车CO2排放量达到120g/km,相当于燃油消耗量为5.17L/100km(汽油机)和4.56L/100km(柴油机)。第二节汽车燃油经济性的计算第二节汽车燃油经济性的计算根据发动机台架试验得到的发动机万有特性图与汽车功率平衡图,可对汽车燃油经济性进行估算,能对开发中的汽车的燃油经济性做出初步评价。一、等速行驶工况燃油消耗量的计算已知一汽油机的万有特性(图3-6a),汽车传动系统参数和传动效率、总质量以及迎风面积和空气阻力系数,等速行驶工况燃油消耗量的计算步骤如下：1.计算某一车速等速行驶所消耗的功率1)根据公式ua=0.377rni𝑔i0求出某转速对应的行驶车速。2)根据公式1η𝑇(Pf+Pw)计算出该车速等速行驶的汽车阻力功率,即此时发动机输出的功率。第二节汽车燃油经济性的计算2.确定发动机的有效燃油消耗率根据行驶车速ua及阻力功率P(图3-6b),在万有特性图上利用插值法可确定相应的燃油消耗率be(图3-6a中的A点)。图3-6等速行驶工况燃油消耗量的计算a)汽油机的万有特性曲线b)汽车功率平衡图第二节汽车燃油经济性的计算3.计算等速行驶单位时间内的燃油消耗量QtQt=Pb𝑒367.1ρg(3-1)式中Qt——燃油消耗量,单位为mL/s;P——阻力功率,单位为kW;be——燃油消耗率,单位为g/(kW·h);ρ——燃油的密度,汽油可取0.71~0.73kg/L,柴油可取0.81~0.83kg/L;g——重力加速度。整个等速过程行经s行程的燃油消耗量Q为Q=Pb𝑒s102u𝑎ρg(3-2)式中Q——燃油消耗量,单位为mL;s——行经行程,单位为m;ua——行驶速度,单位为km/h。折算成等速行驶100km燃油消耗量Qs为Qs=Pb𝑒1.02u𝑎ρg(3-3)第二节汽车燃油经济性的计算二、等加速行驶燃油消耗量的计算汽车加速行驶时,发动机除了克服滚动阻力和空气阻力外,还要提供为克服加速阻力所消耗的功率。若加速度为du/dt,则发动机提供的功率Pe应为Pe=u𝑎3600η𝑇Gf+C𝐷Au𝑎221.15+δGg𝑑u𝑑t下面计算由u_(a_1)以等加速度加速至u_(a_2)的燃油消耗量(图3-7)。图3-7加速过程的燃油消耗量计算第二节汽车燃油经济性的计算把加速过程分隔为若干个小区间,区间以速度每增加1km/h为一间隔。每个区间的燃油消耗量可根据平均的单位时间燃油消耗量和行驶时间的乘积来计算得出。各区间起始或终了车速所对应的单位时间燃油消耗量,可根据相应的发动机功率与燃油消耗率来求得,计算公式为Qt=Pb𝑒367.1ρg汽车行驶速度每增加1km/h所需时间Δt(单位为s)为Δt=13.6𝑑u𝑑t式中𝑑u𝑑t——汽车加速度,单位为m/s2。第二节汽车燃油经济性的计算汽车从行驶初速u𝑎1加速至(u𝑎1+1)所需的燃油消耗量Q1为Q1=12(Qt0+Qt1)Δt式中Qt0——区间起始速度u𝑎1所对应时刻t0的单位时间燃油消耗量;Qt1——区间终了速度(u𝑎1+1)所对应时刻t1的单位时间燃油消耗量;Δt——车速增加1km/h所需要的时间。同理,从车速(u𝑎1+1)加速至(u𝑎1+2)所需的燃油消耗量Q2为Q2=12(Qt1+Qt2)Δt依次类推,各个区间的燃油消耗量为Q3=12Qt2+Qt3Δt…Qn=12Qt(n−1)+QtnΔt式中Qt3、…、Qtn——t3、…、tn各个时刻的单位时间燃油消耗量,单位为mL/s。第二节汽车燃油经济性的计算整个加速过程的燃油消耗量Qa的计算公式为Qa=∑𝑖=1𝑛Qi=Q1+Q2+Q3+…+Qn=12𝑄𝑡0+𝑄𝑡𝑛Δt+∑𝑖=1𝑛−1𝑄𝑡𝑖Δt(3-4)整个加速区段内汽车行驶的距离sa为sa=u𝑎22−u𝑎1225.92𝑑u𝑑t(3-5)式中sa——加速区段内汽车行驶的距离,单位为m;u𝑎2——汽车加速终了时的行驶速度,单位为km/h;u𝑎1——汽车加速起初时的行驶速度,单位为km/h;𝑑u𝑑t——汽车加速度,单位为m/s2。三、等减速行驶燃油消耗量的计算汽车减速行驶时,加速踏板松开,节气门关至最小位置,发动机处于怠速工作状态,该工况下