《汽车燃油经济性》PPT课件.ppt

节省燃油的目的 对汽车用户 降低使用费用对国家 减少对进口石油的依赖对全人类 节省石油资源 减少导致温室效应的CO2的排放量 第二章汽车燃料经济性 2 1汽车燃料经济性评价指标2 2汽车燃料经济性计算2 3影响汽车燃料经济性因素2 4新一代高效节能汽车 汽车使用经济性 汽车使用经济性是指汽车为完成单位运输量所支付最少燃料或能源费用的特性 它是评价汽车运输企业经营经济效果的综合性指标 我国营运汽车的平均运输成本中 汽车运行材料费 燃料费 润滑油 轮胎费等 所占比率最大 40 以上 其消耗和节约的研究 对提高汽车使用经济性具有重要意义 据海关统计 2008年全年进口原油17888万吨 石油消费对外依存度达到49 8 2008年汽车销售量为938 05万辆 汽车保有总量达到6467万辆 由汽车消耗的燃料占我国燃料消耗总量的40 左右 2 1汽车燃料经济性评价指标 据预测到2020年我国车用燃油消耗为3 05亿吨 换算成原油将超过5亿吨包括欧盟 美国 日本 韩国等在内的很多国家和地区都已经根据各自国情实施了不同形式的汽车燃料消耗量标示制度 作为控制汽车二氧化碳排放和油耗的支柱措施之一 2 1汽车燃料经济性评价指标 汽车燃料经济性 指汽车以最少的燃料消耗完成单位运输工作量的能力 它是汽车主要的使用性能之一 汽车发动机的燃料经济性 通常用有效燃料消耗率be 或ge 或有效效率 e来评价 因其不能反映发动机在具体汽车上的功率利用情况及行驶条件的影响 所以不能直接用于评价整车的燃料经济性 2 1 1汽车燃料经济性的评价指标 常选取单位行程的燃料消耗量或单位运输工作的燃料消耗量作为评价指标 前者用于比较相同容载量汽车的燃料经济性 也可用于分析不同部件 如发动机 传动系等 装在同一种汽车上对汽车燃料经济性的影响 单位是L 100km 后者常用于比较和评价不同容载量汽车的燃料经济性 单位是L t 100km L kg km 此项指标的数值越大 则汽车燃料经济性越差 2 1 1汽车燃料经济性的评价指标 汽车燃料经济性也可用单位燃料量的汽车行驶里程作为评价指标 该指标亦称为汽车经济性因数 例如 美国采用每加仑燃料能行驶的英里数作为评价指标 单位是MPG或mile USgal 该指标数值越大 汽车燃料经济性越好 2 1 1汽车燃料经济性的评价指标 汽车燃料经济性的试验工况 等速行驶工况汽车在一定载荷 我国标准中规定轿车为半载 货车为满载 下 以最高挡在水平良好路面上等速行驶100km的燃料消耗量 等速行驶百公里燃料消耗量 常测出每隔10km h或20km h速度间隔的等速行驶百公里燃料消耗量 然后在图上连成曲线 称为等速行驶百公里燃料消耗量曲线 等速百公里油耗 汽车燃料经济性的试验工况 等速行驶工况并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 汽车燃料经济性的试验工况 循环行驶试验工况在对实际行驶车辆进行跟踪测试和统计的基础上 各国都制订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 并以其百公里燃料消耗量或MPG来评定相应行驶工况的燃料经济性 循环行驶试验工况及其百公里燃料油耗量计算 欧洲 汽车燃料经济性的试验工况 循环行驶试验工况及其MPG计算 美国 汽车燃料经济性的试验工况 循环行驶试验工况及其百公里燃料油耗量计算 中国 汽车燃料经济性的试验工况 循环行驶试验工况 GB18352 3 2005 轻型汽车污染物排放限值及测量方法 汽车燃料经济性的试验工况 市区运转循环单元 市区运转循环 4 052km 市郊运转循环 6 955km 8080 datainfo miit babs2 jsp 工信部2010年初在其官方网站公布近6000个汽车车型的燃料消耗量测试结果 检测依据 GB22757 2008 轻型汽车燃料消耗量试验方法 公司平均燃油经济性标准 CAFE 约为3L 100km 2 2汽车燃料经济性的计算 1 等速行驶工况燃油消耗量的计算 燃油消耗率 万有特性图上的等燃油消耗率曲线 2 2汽车燃料经济性的计算 1 等速行驶工况燃油消耗量的计算 g kW h 2 2汽车燃料经济性的计算 1 等速行驶工况燃油消耗量的计算 2 2汽车燃料经济性的计算 2 等加速行驶工况燃油消耗量的计算 步骤1 将加速过程划分为若干个区间 2 2汽车燃料经济性的计算 2 等加速行驶工况燃油消耗量的计算 步骤2 计算区间端点处的单位时间燃油消耗量 求其平均值 步骤3 区间平均值乘以区间时间 得到该区间的燃油消耗量 2 2汽车燃料经济性的计算 2 等加速行驶工况燃油消耗量的计算 步骤4 将各区间的燃油消耗量累加 得到整个加速过程的燃油消耗量 步骤5 计算该工况的行驶距离 2 2汽车燃料经济性的计算 3 等减速行驶工况燃油消耗量的计算 s mL m 起始速度ua2 末了速度ua3 km h 2 2汽车燃料经济性的计算 4 怠速停车时的燃油消耗量计算 mL L 100km 怠速停车时间ts s 5 整个循环工况的百公里燃油消耗量 2 3影响汽车燃料经济性的因素 汽车等速百公里燃油消耗量为 因此 Qs正比于等速行驶时的行驶阻力与燃油消耗率 反比于传动效率 或 2 3影响汽车燃料经济性的因素 发动机的燃油消耗率 一方面取决于发动机的种类 设计制造水平 另一方面又与汽车行驶时发动机的负荷率有关 从万有特性图上可知 发动机负荷率低时 b值显著增大 现代中型轿车EPA城市 公路循环行驶工况的能量平衡 总的汽车燃油消耗还与加速 减速 制动 怠速停车等工况及汽车附件 如空调 的使用有关 近年来 混合动力汽车及其制动能量回收装置提高了燃料经济性 一 使用方面 2 3影响汽车燃料经济性的因素 1 行驶车速在接近于低速的中等车速时燃油消耗量Qs最低 高速时Qs随车速增加迅速加大 低速 高速 一 使用方面 2 3影响汽车燃料经济性的因素 2 挡位选择尽量使用较高挡 挡负荷率 挡负荷率 e g 挡和 挡的比较 一 使用方面 2 3影响汽车燃料经济性的因素 3 挂车的应用带挂车后阻力增加 发动机负荷率提高 燃油消耗率下降 汽车列车的质量利用系数 即装载质量与整车整备质量之比 较大 一 使用方面 2 3影响汽车燃料经济性的因素 4 正确地保养与调整前轮定位正确制动器摩擦片与制动鼓 蹄的间隙正常轮胎气压正常各相对运动零部件滑磨表面光洁 间隙恰当并有充分的润滑油 常通过滑行距离来检验底盘的技术状况 经验数据 30km h初速摘挡滑行 scoast 200 250m 2 3影响汽车燃料经济性的因素 图2 7VauxhallVictor轿车燃油经济性试验 正常 19 3mile gal 14 6L 全部故障 11 9mile gal 23 7L 二 结构方面 2 3影响汽车燃料经济性的因素 1 缩减轿车总尺寸和减轻质量 大型轿车费油原因 阻力 燃油消耗率 以Golf为例 一辆轿车的质量若能减少10 按欧洲 1 3 混合 或美国综合循环油耗计 可节油3 4 铝质和复合材料的应用 豪华AudiA8采用全铝承载式车身 质量 15 油耗 5 8 二 结构方面 2 3影响汽车燃料经济性的因素 2 发动机提高现有汽油发动机的热效率与机械效率扩大柴油发动机和混合动力汽车的应用增压与中冷电控 2 3影响汽车燃料经济性的因素 EngineMap 发动机最小燃油消耗特性的确定 二 结构方面 3 传动系 AB 最大传动比ED 最小传动比BC 最大功率转速nP时与车速的关系曲线AE 最低转速 怠速 时与车速的关系曲线 无级变速器的调速特性 钢带式无级变速器 双模式无级变速器 液力变矩器仅在起步时工作 2 3影响汽车燃料经济性的因素 二 结构方面 4 汽车外形和轮胎 60年代轿车的CD值在0 45左右 现在0 3左右 今后可能0 2 e g GMEV 1为0 19 2 3影响汽车燃料经济性的因素 二 结构方面 4 汽车外形和轮胎 电动汽车与混合动力汽车 背景 美国 在上世纪80年代 由于日本汽车大举进入美国市场 造成美国汽车工业受到来自日本的強劲挑战 美国企业因此失去原有的市场占有率 电动汽车与混合动力汽车 背景 美国 面对市场上竞争失利 美国企业界于是行动起来 从1988年开始 该国汽车业开始在非竞争基础下 一起技术合作研究与开发 1992年 美国三大汽车公司联手成立了美国汽车研究理事会 UnitedStatesCouncilforAutomobileResearch USCAR 在汽车技术的研究与开发上结成战略联盟 以应对日本汽车企业的挑战 电动汽车与混合动力汽车 背景 美国 为了提高汽车燃料效率 提高汽车工业的竞争能力 并减少有害气体和二氧化碳的排放 以改善生活环境 1993年9月 美国总统克林顿与美国三大汽车总裁在华盛顿宣布 美国政府将与三大汽车公司合作进行一项推动美国汽车技术革命的合作计划 即新一代汽车伙伴计划 ThePartnershipforaNewGenerationofVehicles PNGV 混合动力汽车 背景 各国 美国的PNGV PartnershipforaNewGenerationofVehicles 欧洲的 TheCarofTomorrow 计划日本的 AdvancedCleanEnergyVehicleProject 我国的 清洁汽车行动 PNGV成立目的 PNGV计划成立的目的在于加强美国联邦政府对汽车环保能源的开发 以减少有害气体和CO2的排放 改善生活环境 并且提高汽车燃料效率 以减少石油进口 降低外贸赤字 除此之外 提高车辆技术领先地位 改善汽车工业竞争能力亦是主要目的之一 PNGV成立目的 参与的部门和单位有商务部 DOC 国防部 DOD 能源部 DOE 运输部 DOT 环保署 EPA 太空总署 NASA 及国家科学基金会 NSF 等七个联邦政府机构 十个联邦政府的实验室及三大汽车公司 此外 还有美国的大学以及一些系统供应商 PNGV的组织架构 PNGV的三大目标 目标1 改善和增强美国汽车制造商的竞争力提高各汽车制造商的制造技术及生产力 在技术方面流通于各制造商 间接地降低生产成本及时间 而且也減少对环境的冲击 并提高产品性能 PNGV的三大目标 目标2 将具有商业可行性的新技术应用于传统车辆上在传统车辆上应用新技术 以減少废气排放及提高燃油消耗指标 但也須兼顾车辆的安全性能 在研发过程中 工业界则能够提供最新的商业化技术 以提高车辆的燃油效率及改善废气的排放 PNGV的三大目标 目标3 开发出具有三倍于现行家用轿车燃油消耗指标的新一代车辆在十年內将当时车辆的燃油消耗指标 如1994年Concorde Taurus汽车11 3km l 提升三倍 为达到在不改变车身大小 安全性与售价的情況下 实现80miles gallon 约3升多 100公里 的目标 美国政府在PNGV基础上要求三大汽车生产商应该开发出极其省油 环保性好 同时又需安全 舒适的4门轿车 PNGV的时间表和投入 PNGV时间表 1997年完成技术选择 2000年推出概念车 2004年推出生产型样车 投入 政府每年拔款2 5亿美元 三大集团 每年投入10亿美元 PNGV的执行情况 执行情况 1997年 PNGV计划已完成了新一代汽车的技术选择 轻质材料减小空气阻力混合动力高性能发动机 四冲程直喷 和燃料电池 PEM燃料电池 提高动力 传动系统效率 参与的规模 在美国47个州的21个联邦实验室 51所大学中 有1200多个PNGV的研究专项正在进行中 PNGV计划已使美国全国形成了一个汽车技术创新的国家行动 PNGV的执行情况 以九十年代初的车型为蓝本 戴姆勒 克莱斯勒CONCORDE 福特TAURUS 通用LUMINA 三种蓝本车均为3升左右排量 5 5 5米车长 1500公斤整备质量 2万美元售价 比较而言 德国大众的 世界第一辆3升汽车 LUPO的车身长度不到3 5米 省油不假 但却损失了舒适性和使用性能 福特Prodigy 每百公里3 3升 驾驶性能 外观 车厢內宽大的空间及价格都较合理 采用轻质材料 比Taurus降低了三分之一 但乘客和行李箱的空間却保持不变 采用了最先进的空气动力学设计原理 大大降低了空气阻力 相当之前车型的三分之二 采用福特P2000LSR复合动力系统 即采用了1 2升四缸柴油发动机和镍氢复合电池 福特Prodigy 通用Precept 一辆四门五座轿车由一台3缸1 3升直噴柴油发动机与两台电动机 包括驱动前轮的电动机和驱动后轮的柴油 电动机组 及一台手 自一体变速箱组成制动能量回收风阻系数只有0 163 燃料经济性提高15 另外 Precept在底盘 车身和內饰方面 大量采用了铝合金和其他轻型材料 Precept的油耗达到92英里 加仑柴油 相当于80英里 加仑汽油 是目前唯一达到PNGV油耗要求的车型 唯一的缺点是制造成本太高 其铝合金车身和复合传动系统使它的造价高得惊人 通用Precept 戴姆勒 克莱斯勒ESX3 采用复合动力系统 全铝1 5升直噴柴油发动机 锂离子电池 车身为单一的热注塑成型 车重2250磅 与钢体结构相比重量降低約46 成本降低15 在官方的測试中 ESX3轻松跨越了每公升行驶30 3公里的门槛 接近PNGV2 9升 100公里的目标 戴姆勒 克莱斯勒ESX3 2002年重组PNGV计划的原因 1 SUV SportsUtilityVehicle 市场占有率增加 而经济型 小车 车市场占有率缩小2 HEV研发已取得很大进步3 所有汽车制造商宣布将在今后几年批量生产HEV4 PNGV计划中开发的新技术 例如轻型材料已经应用到目前常规车辆中5 世界上许多类似PNGV计划也在进行 同时也取得了很多成果6 某些经济实用的HEV能与常规燃油汽车从价格到性能上可与其竞争 但大批量生产HEV还是很难突破7 PNGV计划已开展十年 从1993年开始 需要进行重新评估 PNGV计划的调整 瞄准长期目标 强调对环境和能源影响的新型汽车研发强调配件和子系统的基础研究保证研发连续性 包括所有轻型车辆继续一些能马上见效节约能源的技术研发上加强燃料电池和混合电动技术应用 例如电池电子和电机方面等技术 PNGV调整为FreedomCAR计划 新的研究发展计划集中于燃料电池汽车的研究 而不同于PNGV计划重点还有柴油混合动力汽车 不仅面向中型家用轿车 而且面向所有轿车和轻型卡车 FreedomCAR计划由能源部领导 由汽车制造者协会协调 而不象PNGV计划由七个政府部门参加 最大的不同是燃料供应商参与了FreedomCAR计划 FreedomCAR计划中 Freedom FreedomCAR计划将集中于风险较高的实用技术研究 从国内可再生能源制造氢燃料电池 其使用以不损害汽车使用的自由 不损害选择汽车的自由 不增加使用的成本为目的 在不使用国外燃油的前提下 研究可支付使用费用的和没有排放污染的全功能轿车和卡车 同时不损害安全性 灵活性和汽车选购的自主性 FreedomCAR计划的目标 不受燃油的限制 没有排放污染 选购你喜欢的汽车 不受限制随时随地的驾驶 燃料便宜 添加方便 FreedomCAR计划的战略步骤 发展可负担起的氢燃料电池汽车技术及相应的氢基础设施 继续支持可降低燃油消耗率和减少环境污染技术的发展 发展可用于多种车辆的燃料电池技术 而不只限于某一种汽车 FreedomCAR计划2010年技术目标 目标1 确保未来可靠的燃料电池动力系统与传统内燃机自动变速系统成本具有可比性 目标是 电动推进系统具有15年的寿命 在18秒内可产生不低于55千瓦的驱动功率 持续功率不低于30千瓦 系统成本最终达到12美元 千瓦 最高效率达60 燃料电池系统 包括氢存储装置 325瓦 千克 按氢体积计算220瓦 升 2010年成本为45美元 千瓦 2015年为30美元 千瓦 FreedomCAR计划2010年技术目标 目标2 既可使用内燃机又可使用燃料电池的清洁汽车目标是 内燃机系统每千瓦30美元 最高循环效率45 达到或低于排放标准的要求 燃料电池系统 包括燃料重整装置 最高效率达45 达到或低于排放标准的要求 成本2010年45美元 千瓦 2015年30美元 千瓦 FreedomCAR计划2010年技术目标 目标3 混合动力汽车的目标是 电池系统具有15年以上的寿命 功率300千瓦时 18秒内最大功率可达25千瓦 成本为20美元 千瓦 FreedomCAR计划2010年技术目标 目标4 提高氢的转换效率 扩展氢燃料的使用范围 保持现有车辆的特定功能 具体目标是 论证氢燃料的商业标准及氢可再生 不可再生的来源 目标是生产效率达70 氢燃料的价格与汽油的市场价格相当 约每加仑1 25美元 FreedomCAR计划2010年技术目标 目标4 续 氢存储系统比质量是2000Wh kg 比密度是1100Wh L 成本5美元 千瓦时 内燃机系统使用氢燃料的经济性目标是到2010年45美元 千瓦 到2015年30美元 千瓦 最高循环效率达45 低于或达到排放标准 FreedomCAR计划2010年技术目标 目标5 提高制造业的基础建设 目标是 材料和制造技术提高满足大量汽车生产的要求 整车和子系统质量降低50 价格为大众可支付得起 增加可再生材料可循环使用的材料的应用 燃料电池汽车的特点 燃料电池汽车 FCV 的能量转换由化学能直接变为电能 因而热损失小 不受 卡诺循环 的限制 其能量转换效率可比内燃机高50 100 排放为水 不对环境产生任何污染 不需复杂的机械传动装置 不需润滑剂 振动和噪声小 上海的FCV规划 2005年 上海推出了发展燃料汽车的规划 2006年到2007年 上海将具备百辆级生产能力 组成示范车队 建造几座加氢站 2008年到2010年 将具备千辆级生产能力 组成商业化运营车队 建造几十座加氢站 2011年到2015年 将具备万辆级生产能力 实现地区商业化 建造100座加氢站 2020年 燃料电池汽车将具备与传统内燃机汽车同等的竞争力 成为市场主流车型 燃料电池汽车 2002年 美国将PNGV计划调整为FreedomCAR汽车研究新计划 旨在推进燃料电池技术从实验室走向实用化 日本经济产业省提出的2010年发展目标之一 就是把汽车燃料电池的价格降低到普通汽油发动机的水平 并首先从政府机关开始普及燃料电池车 日本预测2010年该国将有5万辆燃料电池客车上路 燃料电池汽车目前面临的问题 生产燃料电池堆 氢发动机系统 的生产成本非常高 专家们认为 若大批量生产 每套系统的价格可降低到每套 3500 传统轿车的汽油发动机价格约为 2000 3000 基础设施的制约 运输成本可能是制氢成本的2 3倍