汽车理论第二章汽车的燃油经济性.ppt

1、第二章 汽车的燃油经济性,本章基本思路：,1、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,3、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 ？,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,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）,5、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 求出,共5节内容 1汽车燃油经济性评价指标 2汽车燃油经济性计算 3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 经济性计算 5电动汽车的研究（PRIUS简介）,

2、燃油经济性,尽量少的燃油消耗,一定的动力性条件下,燃油经济性好,降低汽车的使用费用,减少进口的石油量,节约资源,降低CO2等的排放,意义,研究有何意义 ？,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,评价指标,每百公里 的燃油消耗量,一定的燃油量 行驶的里程,等速百公里 燃油消耗量曲线,循环行驶 试验工况,反映实际的汽车 行驶情况,本节解决的基本问题： 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？,测量汽车燃油经济性的行驶工况图,欧洲经济委员会 ECE,汽车测功器循环油耗：利用底盘测功机(转鼓试验台)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,美国环

3、境保护局 EPA,测量汽车燃油经济性的行驶工况图,我国乘用车燃油消耗量限值 1、执行及实施日期 2005.07.01正式实施 （1）对于新开发车型：2005.07.01开始执行第一阶段限值要求，第二阶段执行日期为2008.0101 （2）对于在 生产车型2006.0701执行第一阶段限值要求，第二阶段执行日期为2009.0101。 2、标准 （1）限值：如表22所列 （2）测量方法： A、燃油消耗量：碳平衡法计算 B、试验循环：如图2-3,第二节 汽车燃油经济性的计算,发动机的万有特性曲线 Pe n b,功率平衡曲线,燃油经济性的计算,本节解决的基本问题： 如何计算汽车的燃油经济性,依据汽车发

4、动机万有特性进行燃油经济性计算,发动机负荷特性：转速n不变，be=f(Pe),B=f(Pe),tr=f(Pe)，,发动机速度特性：节气门开度不变，Ttq=f(n), Pe=f(n), be=f(n),发动机万有特性：n为横坐标，Pme（Pe)为纵坐标，在图上画出许多等be,等，等排放、等a等曲线。,发动机的万有特性曲线,最佳燃油经济性出现在一个很小的发动机转速区域内，而在此区域内燃油经济性最佳的负荷率大致为8090%,所谓负荷率是 在一个确定的发动机转速下,实际负荷与该转速下最大可能承受的负荷的比值。随着负荷率下降发动机的效率也大幅度下降。,Pe1,Pe2,Pe3,负荷,可见，部分负荷，尤其是

5、低速时负荷率很低，负荷率远离比耗油率的最佳经济区！,发动机实际负荷,等速行驶工况燃油消耗量的计算,万有特性曲线,车速ua,阻力功率P,燃油消耗率,燃油消耗量,P 阻力功率(KW),b 燃油消耗率(g/(KWh),g N/L,单位时间内的燃油消耗量,等速行驶燃油消耗量的计算,行程s (m),车速ua (Km/h),所用时间 t (s),等速行驶s m 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,发动机提供的功率,滚动阻力功率,空气阻力功率,加速阻力功率,等加速行驶燃油消耗量的计算(ua1 ua2),将ua2-ua1分成 若干个小区间,每个区间计算 燃油消耗量,将所有区

6、间的 燃油消耗量相加,等加速行驶工况 燃油消耗量,将ua2-ua1分成若干个小区间（如每1Km/h为一区间）,速度增加1Km/h 所需的时间(s),发动机的功率,每个区间计算燃油消耗量,燃油消耗率,区间起始 时的车速,区间燃油消耗量,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,如第二个区间的燃油消耗量为,等加速行驶工况燃油消耗量,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,发动机怠速状态,等减速行驶 燃油消耗量,怠速燃油消耗率,等减速行驶时间,减速时间 t (s),减速过程燃油消耗量 (ml),怠速燃油 消耗率,等减速过程 行驶的距离 (m),怠速停车时的燃

7、油消耗量的计算,怠速停车 燃油消耗量,怠速燃油消耗率,怠速停车时间,整个循环工况的百公里燃油消耗量的计算,循环工况,等速,等加速,怠速停车,等减速,百公里 燃油消耗量,整个循环行驶的距离,第三节 影响汽车燃油经济性的因素,汽车等速百公里燃油消耗量,行驶阻力,本节解决的基本问题： 有哪些因素影响汽车的燃油经济性,发动机应提供的功率,比耗油率,美国轿车循环工况的能量平衡,影响汽车 燃油经济性的因素,汽车的使用,汽车的结构,汽车的使用,行驶车速,挡位的选择,挂车的应用,保养与调整,燃油消耗率,后备功率的变化,发动机的负荷增加,质量利用系数大,发动机的性能,汽车的行驶阻力,一、汽车的使用,二、汽车的结

8、构,轿车的尺寸和质量,轿车的尺寸 和质量,Ff, Fw, Fi ,Fj,发动机负荷较低,微型车,铝和 复合材料,铝合金车身,燃油经济性与汽车质量的关系,发动机性能,发动机的性能,机械损耗,热损失,提高机械和热效率,柴油机的效率高,增压发动机的应用,发动机电喷技术,65%化学能,汽油缸内直喷技术,传动系性能,传动系的挡位,分级式变速器,发动机的负荷,无级式变速器,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？,如何解释?,发动机的 某一负荷,ua=0.377nr/i0ig,n1,n2,u1,档位数增多受结构复杂、制造成本CVT,因此，增加了选择合适

9、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,无级变速传动的工作原理简介,工作原理,Continuously Variable Transmission,缺点,成本较高,VT1F 2760,300,效率较低 传递功率有限,金属传动带,金属传动带由多个金属片和两组金属环组成，金属片在两侧工作轮的挤压作用下传递动力，金属环在动力传递过程中主要用来将金属片约束在一起，并正确地引导金属片运动。,从发动机试验台架上获得的，n不变时b与Pe的关系 （负荷特性），我们很容易找出，某一n最小的b,包络线即为最低燃油消耗率曲线,某一车速ua的传动比,将同一路面所求出的 i连起来,有无数多的工况点,因

10、此可得到无数i,=0.25,=0.01,C模式(Comfort，舒适),以i为控制目标的三维MAP图,ua,(Pe),S(Sport，运动)模式,受限于CVT结构,受限于CVT结构,ig=0.377nr/i0ua,0 全开,调节带轮宽度即可改变r1 r2，即改变传动比。CVT技术已经实用化了！,汽车外形与轮胎,汽车的外形,轮胎,空气阻力系数,空气阻力,滚动阻力系数,滚动阻力,CD值的降低与燃油节省程度,滚动阻力与燃油消耗量的关系,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,发动机的特性,液力传动装置 的特性,泵轮的转矩特性,液力变矩器的 无因次特性,本节解

11、决的基本问题： 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,可由万有特性上得一定时b,装有液力变矩器汽车的转矩平衡曲线,百公里燃油消耗量,小时燃油消耗量(L/h),百公里燃油消耗量与车速曲线 Qs ua,第五节 电动汽车的研究,防止地球变暖,节约燃油,控制排气污染,高效节能汽车,PNGV,复合动力的电力驱动装置,制动能耗回收利用装置,降低汽车的装备质量,降低阻力系数 (f, CD),降低附属设备能耗,Hybrid,PRIUS,Prius介绍,Prius的历史,1997.10,NHW10,日本国内,28.0 km / L 3,57l/100km,2

12、000.8,2003.8,29.0 km / L 3.45l/100km,35.5 km / L 2.8l/100km,NHW11,南美.,欧洲, 澳洲,等.,NHW20,其它国家,Prius介绍,混合动力车系列,1997,2006,2003,2005,2001,Prius (NHW10),Estima,Alphard,Prius (NHW20),RX400h,Highlander,Camry HV,1997,2006,2003,2005,2001,Crown,GS450h,混合动力汽车（ Hybrid vehicles),Toyota & Lexus 销售数据,2004 HV 销售量: 世界

13、总销售量: 180 000 占全部销售量 : 2,7% 2005 HV 销售量: 世界总销售量: 300 000 占全部销售量 : 4,1% 2009 HV销售量: 世界总销售量:1 000 000 占全部销售量 :10%,Prius介绍,加速性和燃油经济性,10 15工况 范围内的 燃油经济性 (km/L),0 100 km/h加速时间 (秒.),更好的燃油经济性,更好的加速性,10,20,30,40,14,12,10,Prius,Camry (2.4L),Yaris (1.5L),Honda Civic HV,16,基本操作,混合动力汽车更具燃油经济性的原因,HV 电池,能量,-,+,停止

14、,开始行驶,全加速,正常行驶,制动,行驶动力,提供能量储存,制动能量 回收,发动机输出动力,动力不足时补充,基本操作,THS-II 驱动力特征,行驶阻力,最大车速,最大巡航车速,驱动力,车速,发动机 + 电动机,+ HV 电池供电,EV 模式驾驶,加速,全加速,Prius介绍,THS II 系统操作 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,动力分配机构,Prius介绍,THS II 系统操作 电动机补充发动机的扭矩,电动机,发动机,转速 (rpm),2000,4000,6000,扭矩 (Nm),100,200,300,400,Prius介绍,THS II 结构 (发动机) 1NZ

15、-FXE 阿特金森式 直列 4缸 16气门 双顶置凸轮轴 1.5升 汽油发动机,Prius介绍,THS II 结构,发电机(MG1),发动机,行星齿轮组,高压电池,变频器,电动机 (MG2),MG1 实际位置在发动机和行星齿轮组中间,THS II,MG (电动机-发电机) 参数 MG1,THS II,MG (电动机-发电机) 参数 MG2,THS-II 运作,发动机起动 MG1 作为起动机来起动发动机. 同时, 电流也流进MG2, 防止齿圈转动.,THS-II 运作,发动机起动和怠速 MG1 启动发动机后, 发动机驱动 MG1 发电 并给 HV 电池充电.,THS-II 运作,车辆起步 当车辆在小负荷/慢加速时只使用 MG2 驱动车辆起步.,THS-II 运作,车辆起步 当需要更多的动力时,MG1起动发动机.,THS-II 运作,车辆起步 发动机启动后，发动机驱动MG1