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1、汽车理论Automobile Theory 世界汽车工业发展永恒的主题是世界汽车工业发展永恒的主题是节能节能 环保环保 安全安全 截止截止20062006年底，我国已探明石油剩余经济可采储量为年底，我国已探明石油剩余经济可采储量为20.4320.43亿吨，天然气剩余经济可采储量为亿吨，天然气剩余经济可采储量为24.4924.49亿亿m m3 3。自自19931993年开始，中国已成为石油净进口国，且进口量逐年年开始，中国已成为石油净进口国，且进口量逐年增加；石油对外依赖程度越来越大。增加；石油对外依赖程度越来越大。20042004年以来，中国的石年以来，中国的石油消费总量已经超过日本，位居世界
2、第二位，仅次于美国。油消费总量已经超过日本，位居世界第二位，仅次于美国。节能减排，可以有效减少温室气体的排放节能减排，可以有效减少温室气体的排放 1997年在防止地球变暖的京都会议上提出京都议定书。年在防止地球变暖的京都会议上提出京都议定书。在网上查找京都议定书的相关资料。在网上查找京都议定书的相关资料。至至2005年年2月，全球已有月，全球已有141个国家和地区签署该议定书。个国家和地区签署该议定书。2005年年2月月16日，京都议定书正式生效。这是人类历史日，京都议定书正式生效。这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。上首次以法规的形式限制温室气体排放。第一节 汽车燃油经济性的评价
3、指标 本节将介绍中国、欧洲及美国燃油经济性的评价指标本节将介绍中国、欧洲及美国燃油经济性的评价指标 在一定运在一定运行工况下行工况下美国美国（单位（单位:mile/USgal）中国及欧洲中国及欧洲(单位单位:L/100km)美国燃油经济性评价指标：美国燃油经济性评价指标：一定运行工况下一定运行工况下一定量一定量燃油行驶的里程，单位为燃油行驶的里程，单位为mile/USgal。中国及欧洲燃油经济性评价指标：中国及欧洲燃油经济性评价指标：一定运行工况下一定运行工况下百公里燃油消耗量，单位为百公里燃油消耗量，单位为L/100km。第二章第二章 汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性思考：为什么要在思考：为
4、什么要在一定运行工况下一定运行工况下评价汽车的燃油评价汽车的燃油经济性？经济性？燃油经济性的评价燃油经济性的评价指标指标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n n汽车的燃油经济性常用汽车的燃油经济性常用汽车的燃油经济性常用汽车的燃油经济性常用一定运行工况一定运行工况一定运行工况一定运行工况下汽车行驶百公里的燃加消耗下汽车行驶百公里的燃加消耗下汽车行驶百公里的燃加消耗下汽车行驶百公里的燃加消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。在我国及欧洲在我国及欧
5、洲在我国及欧洲在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为，燃油经济性指标的单位为，燃油经济性指标的单位为，燃油经济性指标的单位为L/100KmL/100Km，即行驶，即行驶，即行驶，即行驶100km100km所消耗的所消耗的所消耗的所消耗的燃油升数。其数值越大，汽车燃油经济性越差。燃油升数。其数值越大，汽车燃油经济性越差。燃油升数。其数值越大，汽车燃油经济性越差。燃油升数。其数值越大，汽车燃油经济性越差。在美国在美国在美国在美国 ，燃油经济性指标的单位为，燃油经济性指标的单位为，燃油经济性指标的单位为，燃油经济性指标的单位为MPGMPG或或或或MileMileUSgalUSgal，指的是每加仑燃油，
6、指的是每加仑燃油，指的是每加仑燃油，指的是每加仑燃油能行驶的英里数。这个数字越大，汽车燃油经济性越好。能行驶的英里数。这个数字越大，汽车燃油经济性越好。能行驶的英里数。这个数字越大，汽车燃油经济性越好。能行驶的英里数。这个数字越大，汽车燃油经济性越好。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n n等速行驶百公里燃油消耗量等速行驶百公里燃油消耗量等速行驶百公里燃油消耗量等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一是常用的一种评价指标，指汽车在一是常用的一种评价指标，指汽车在一是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷定载荷定载荷定载荷(我国标准规定轿车为半载、货车为满
7、载我国标准规定轿车为半载、货车为满载我国标准规定轿车为半载、货车为满载我国标准规定轿车为半载、货车为满载)下，以下，以下，以下，以最高档最高档最高档最高档在在在在水平良好路面水平良好路面水平良好路面水平良好路面上上上上等速等速等速等速行驶行驶行驶行驶100km100km的燃油消耗量。的燃油消耗量。的燃油消耗量。的燃油消耗量。常测出每隔常测出每隔常测出每隔常测出每隔30km/h30km/h或或或或20km/h20km/h速度间隔的等速百公里燃油消速度间隔的等速百公里燃油消速度间隔的等速百公里燃油消速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，称为耗量，然后在图上连成曲线，称为耗量，然后在图
8、上连成曲线，称为耗量，然后在图上连成曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线等速百公里燃油消耗量曲线等速百公里燃油消耗量曲线等速百公里燃油消耗量曲线，用它来评价汽车的燃油经济性。用它来评价汽车的燃油经济性。用它来评价汽车的燃油经济性。用它来评价汽车的燃油经济性。等速工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，持别是在等速工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，持别是在等速工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，持别是在等速工况并没有全面反映汽车的实际运行情况，持别是在市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等工况。市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等工况。市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等工况。
9、市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等工况。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欧洲经济委员会（欧洲经济委员会（ECE）规定，）规定，要测量车速为要测量车速为90km/h和和120km/h的等速百的等速百公里燃油消耗里和按公里燃油消耗里和按ECE-R.15循环工况的百公里燃油消耗量，并各取循环工况的百公里燃油消耗量，并各取1/3相
10、加作为混合百公里燃油消耗量来相加作为混合百公里燃油消耗量来评定汽车燃油经济性评定汽车燃油经济性。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美国环境保护局美国环境保护局(EPA)规定规定要测量城市循环工况（要测量城市循环工况（UDDS）及公路循环工况）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）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），并按公式计算综合燃油经济性（单位：公式计算综合燃油经济性（单位：mile/gal）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第一节汽车燃油经济性的评价指标第一节汽车燃油
11、经济性的评价指标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自自自自19731973年年年年发生世界石油危机后，各发生世界石油危机后，各发生世界石油危机后，各发生世界石油危机后，各国十分重视节约燃油，不少国家制定了国十分重视节约燃油，不少国家制定了国十分重视节约燃油，不少国家制定了国十分重视节约燃油，不少国家制定了控制燃油消耗的法规控制燃油消耗的法规控制燃油消耗的法规控制燃油消耗的法规。美国针对轿车制。美国针对轿车制。美国针对轿车制。美国针对轿车制定了定了定了
12、定了“公司平均燃油经济性标准公司平均燃油经济性标准公司平均燃油经济性标准公司平均燃油经济性标准”（简（简（简（简称为称为称为称为CAFCAF）。）。）。）。CAFECAFE是指一个公司全部销售轿车是指一个公司全部销售轿车是指一个公司全部销售轿车是指一个公司全部销售轿车的平均燃油经济性的平均燃油经济性的平均燃油经济性的平均燃油经济性。若不能达到该标准，。若不能达到该标准，。若不能达到该标准，。若不能达到该标准，公司将被处以罚款。公司将被处以罚款。公司将被处以罚款。公司将被处以罚款。图图图图2-32-3是是是是CAFECAFE值随时间变化的曲线值随时间变化的曲线值随时间变化的曲线值随时间变化的曲线
13、。到。到。到。到19891989年，要求年，要求年，要求年，要求CAFECAFE值为值为值为值为27.5mile/USgal27.5mile/USgal（相当于（相当于（相当于（相当于10.27L/100km10.27L/100km）。此后再没有明确的规）。此后再没有明确的规）。此后再没有明确的规）。此后再没有明确的规定。图中定。图中定。图中定。图中19901990年以后的阴影部分是美国年以后的阴影部分是美国年以后的阴影部分是美国年以后的阴影部分是美国议会讨论中提出的数值范围。议会讨论中提出的数值范围。议会讨论中提出的数值范围。议会讨论中提出的数值范围。第一节汽车燃油经济性的评价指标第一节汽车
14、燃油经济性的评价指标在在1997年防止地球变暖京都会议年防止地球变暖京都会议上，欧盟主张发达国家在上，欧盟主张发达国家在2010年年时，温室气体排放量比时，温室气体排放量比1990年要年要减少减少15。这必然要求汽车燃油。这必然要求汽车燃油消耗应有相应的降低。消耗应有相应的降低。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本节将介绍燃油经济性循环行驶试验工况燃油经济性循环行驶试验工况的各工况，如等速行等速行驶、加速、减速和怠速停车驶、加速、减速和怠速停车等行驶工况的燃油消耗量计算方法。注意：单位换算、运动学公式注意：单位换算、运动学公式 第二节汽车燃油经济性的计算第二节汽车燃油经济性的
15、计算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第二节汽车燃油经济性的计
16、算第二节汽车燃油经济性的计算第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油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负荷率有关。第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的
17、因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素第三节影响燃油经济性的因素1.1.如何利用汽车行驶方程式求轮式汽车的极限如何利用汽车行驶方程式求轮式汽车的极限加速度加速度？2.2.在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与计算汽车燃料经济性时所使用的发动机功率计算汽车燃料经济性时所使用的发动机功率计算汽车燃料经济性时所使用的发动机功率计算汽车燃料经济性时所使用的发动机功率有何不同？有何不同？有何不同？
18、有何不同？1.如何利用汽车行驶方程式求轮式汽车的极限如何利用汽车行驶方程式求轮式汽车的极限加速度加速度？2.2.在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与计算汽车燃料经在计算汽车动力性时所使用的发动机功率与计算汽车燃料经济性时所使用的发动机功率有何不同？济性时所使用的发动机功率有何不同？前者使用的是发动机的外特性。即前者使用的是发动机的外特性。即后者利用阻力功率反推求得发动机输出功率后者利用阻力功率反推求得发动机输出功率第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究有资料表明，查明的石油储藏，按现在的开采速度，只够世界使用50-60年；而有的环境学者则认为，当务之急是减少CO2的排放
19、量，防止地球变暖。要进一步改善汽车燃料化学能利用率，即提高汽车的效率。汽车的效率高，则油耗低、CO2排放量小。因此，当前汽车技术发展动向常概括为“高效率、低高效率、低排放、性能优、价格低排放、性能优、价格低”。第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究2.PNGV2.PNGV2.PNGV2.PNGV 美国于美国于19971997年，在联邦政府的支持下，成立了年，在联邦政府的支持下，成立了“新一代汽车伙新一代汽车伙伴关系伴关系”(Partnership for A New Generation of Vehicles)(Partnership for A New Generat
20、ion of Vehicles)。PNGVPNGV是由政府有关机构、国家实验室、大学、汽车协会、三是由政府有关机构、国家实验室、大学、汽车协会、三大汽车公司及有关配套厂商参加，联合开发研制美国新一代汽大汽车公司及有关配套厂商参加，联合开发研制美国新一代汽车的合作组织。车的合作组织。PNGV PNGV的目标是要求三大公司在的目标是要求三大公司在20042004年提供新一代汽车的生年提供新一代汽车的生产型样车。样车的基本要求是在当今典型轿车的价格与各方面产型样车。样车的基本要求是在当今典型轿车的价格与各方面性能的基础上，将其按性能的基础上，将其按EPAEPA循环工况测得的燃油经济性指标提循环工况测
21、得的燃油经济性指标提高高3 3倍，即提高到倍，即提高到80mile80mileUSgalUSgal（相当于相当于3 3L/100kmL/100km）第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究2.PNGV2.PNGVn n这三种基准轿车的特性参数大体上为：整备质量这三种基准轿车的特性参数大体上为：整备质量1500 1500 kgkg，车宽，车宽1.85 1.85 m m，发动机排量，发动机排量3 3 L L，最大功率，最大功率110110kwkw。它们都是两排。它们都是两排6 6座中、高级轿车。座中、高级轿车。n n显然，研制的新一代轿车若不跳出传统汽车所采显然，研制的新一代轿
22、车若不跳出传统汽车所采用的材料、工艺与汽车结构的框架，要达到用的材料、工艺与汽车结构的框架，要达到PNGVPNGV汽车计划提出的汽车计划提出的80 80 mile/galmile/gal的指标是不可能的指标是不可能的的第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究3.措施措施第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究4.4.4.4.复合动力电力驱动装置效率高的原因复合动力电力驱动装置效率高的原因复合动力电力驱动装置效率高的原因复合动力电力驱动装置效率高的原因 复合动力的电力驱动装置复合动力的电力驱动装置
23、复合动力的电力驱动装置复合动力的电力驱动装置是指是指热力发动机热力发动机热力发动机热力发动机或或动力发电机动力发电机动力发电机动力发电机组组组组与典型电动汽与典型电动汽车的车的电力驱动装置电力驱动装置电力驱动装置电力驱动装置（包含蓄电池与电动机等）组合在一起共同工作的驱动装（包含蓄电池与电动机等）组合在一起共同工作的驱动装置。置。（1 1）传统汽车为了满足）传统汽车为了满足急加速、很高车速行驶与快速上坡对驱动功率的要急加速、很高车速行驶与快速上坡对驱动功率的要求，装备的发动机的功率均相当大求，装备的发动机的功率均相当大。这样大的功率储备主要是用于大加速度、。这样大的功率储备主要是用于大加速度、
24、更高的车速、坡道等行驶状况。因此，在一般情况下，发动机节气门开启度更高的车速、坡道等行驶状况。因此，在一般情况下，发动机节气门开启度小，负荷率低，相应的燃油消耗率高。小，负荷率低，相应的燃油消耗率高。但是复合动力汽车的动力装但是复合动力汽车的动力装置中，其储能部件（如蓄电池）在汽车的一置中，其储能部件（如蓄电池）在汽车的一般行驶中常能般行驶中常能吸收、储存电能吸收、储存电能吸收、储存电能吸收、储存电能，而在需要大功率时提供电能，使电动机与，而在需要大功率时提供电能，使电动机与发动机共同驱动汽车。因此汽车只需装备较小的发动机，且发动机可以发动机共同驱动汽车。因此汽车只需装备较小的发动机，且发动机
25、可以常在高负荷、高效率下运转，燃油消耗率低。常在高负荷、高效率下运转，燃油消耗率低。第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究4.4.4.4.复合动力电力驱动装置效率高的原因复合动力电力驱动装置效率高的原因复合动力电力驱动装置效率高的原因复合动力电力驱动装置效率高的原因（2 2）传统汽车发动机的设计要考虑多方面的要求，复合动力系统中）传统汽车发动机的设计要考虑多方面的要求，复合动力系统中的发动机不要求过高的的发动机不要求过高的升功率和很好的动态特性升功率和很好的动态特性(指节气门急剧开大指节气门急剧开大指节气门急剧开
26、大指节气门急剧开大时即提供大转短的性能时即提供大转短的性能时即提供大转短的性能时即提供大转短的性能)，可以，可以按最高热效率的原则按最高热效率的原则按最高热效率的原则按最高热效率的原则设计。与传统汽设计。与传统汽车发动机相比，其燃油经济性有进一步的提高。车发动机相比，其燃油经济性有进一步的提高。（3 3）复合动力系统可以在汽车停车等候或低速滑行等情况下关机，）复合动力系统可以在汽车停车等候或低速滑行等情况下关机，节省燃油。节省燃油。（4 4）复合动力系统电力驱动部分中的电动机能变作发电机工作。当复合动力系统电力驱动部分中的电动机能变作发电机工作。当汽车要急减速时，可利用此汽车要急减速时，可利用此发电机制动发电机制动发电机制动发电机制动汽车而将汽车的动能转换成汽车而将汽车的动能转换成电能存入蓄电池，所以复合动力系统可以具有电能存入蓄电池，所以复合动力系统可以具有“减速滑行、制动能减速滑行、制动能减速滑行、制动能减速滑行、制动能量回收系统量回收系统量回收系统量回收系统”的功能的功能的功能的功能，从而进一步提高汽车燃油经济性。，从而进一步提高汽车燃油经济性。第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究第五节新一代高效率节能汽车研究