同济大学《汽车理论》第三章 汽车的经济性和排放性能

• 节能要求
– GB19578-2004《乘用车燃料消耗量限值 》 – 2005年7月1日实施第一阶段要求 – 2008年1月1日 实施第二阶段要求 – 预计2011年7月1日以后将实施《第三阶段乘用车燃料消耗量限制标准》
中国政府对汽车排放治理力度很大
节能要求正在强化
更加严格的第三阶段即将实施
1 Gfua CD Aua3 mua du Pe T 3600 76140 3600 dt
第二节 汽车燃油经济性的计算
以速度增加1km/h 为间隔，将汽车加速 过程分为若干个小区 间，计算各区间的油 耗并将其相加，即得 加速油耗。
每个小区间起始或终了时刻车
第三章 汽车的经济性和排放性能
第一节 汽车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。
第三章 汽车的经济性和排放性能
燃油经济性的评价指标 中国及欧洲燃油经济性评价指标：一定运行工况下 百公里燃油消耗量，单位为L/100km 。 美国燃油经济性评价指标：一定运行工况下一定量
新开发车型，从2005年7月1日开始执行第一阶段限
值要求，2008年1月1日起执行第二阶段限值要求。
在生产车型，从2006年7月1日开始执行第一阶段限
值要求，2009年1月1日起执行第二阶段限值要求。 具体测量方法按照GB19233—2003《轻型汽车燃料
消耗量试验方法》进行。
标准规定在模拟城市和市郊的运转循环下，用碳平 衡法计算出燃料消耗量。
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
限值按整备质量的不同分别给出
表2-2 乘用车燃料消耗量限值
整车整备质量 （CM）/kg 第一阶段 第二阶段 整车整备质量 （CM）/kg 第一阶段
(L/100km)
第二阶段
CM≤750
750<CM ≤865 865<CM ≤980
7.6
7.6 8.2
6.6
6.9 7.4
第三阶段燃料消耗量
• 新标准的特点：
–一是标准以满足《乘用车燃料消耗量限值》第二阶段 作为最低要求； –二是以车型燃料消耗量目标值取代单车限值作为乘用 车燃料消耗量的评价指标； –三是在实施策略上采取弹性做法。
• 引伸出三个新定义：
–1、车型燃料消耗量。依据GB/T19233（轻型汽车燃料 消耗量试验方法）试验、计算并确定的某车辆型号的 综合燃料消耗量型式认证值； –2、平均燃料消耗量。按产量加权计算得出的一组车辆 的平均燃料消耗量； –3、企业平均燃料消耗量。某制造商在一年内生产的所 有乘用车车型燃料消耗量按当年生产量加权计算的平 均燃料消耗量。
1540<CM ≤1660
1660<CM ≤1770 1770<CM ≤1880
12.0
12.6 13.1
10.8
11.3 11.8
980<CM ≤1090
1090<CM ≤1205 1205<CM ≤1320 1320<CM ≤1430 1430<CM ≤1540
8.8
9.4 10.1 10.7 11.3
综合燃油经济性
1 0.55 0.45 城市循环工况燃油经济性 公路循环工况燃油经济性
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
3）中国相关规定
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
3）中国相关规定
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
一些车型的百公里油耗 车型 长安奥拓 夏利 捷达前卫 桑塔纳2000 帕萨特1.8L 雅阁2.3 大切诺基 工况 城市平均油耗 厂方油耗 90km/h等速 90km/h等速 城市工况 城市平均油耗 城市 郊区 综合 油耗 /[L(100km)1 ] 5.5 5.0 6.3 7.0 11.9 10.5 19.5 11.8 14.6
车型燃料消耗量目标值的确定：本标准以企业作为标准评价的对象，在实 施上也采用更加灵活的方式，不再要求每辆车都必须满足标准要求，因此， 本标准针对单车不再采用“限值”设定，而是从技术上可实现的角度，仍 然以整车整备质量为特征参数，为各个不同的质量段分别设定车型燃料消 耗量目标值。另外，对具有三排座椅或安装有非手动档变速器等因结构和 用途对燃料经济性造成不利影响的车辆，目标值要求相应放松5%。
f
由 ua和 Pe 在万有特性图上可确定燃油消耗率b。
第二节 汽车燃油经济性的计算
设已知汽车的车 速 ua=150km/h，发动
机功率 Pe =43kW，可 在万有特性图上确定
燃油消耗率
b=270g/(kW·h)。
第二节 汽车燃油经济性的计算
Peb 汽车以ua等速行驶时，燃油消耗量为 Qt 367.1 g b—燃油消耗率 [g/(kW h)-1 ]；ρ—燃油的密度（kg/L）； g—重力加速度（m/s2）。 汽油ρg=6.96～7.15N/L；柴油ρg=7.94～8.13N/L。
FC 0.15540.866HC 0.429CO 0.273CO2 D
FC 0.15550.866HC 0.429CO 0.273CO2 D
D — 288K（15°C）下燃油的密度（kg/L）。
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
《轻型汽车燃料消耗量试验方法》试验用的运转循环
注：M代表手动挡汽车； A代表自动挡汽车。
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
2.循环行驶试验工况
1）欧洲经济委员会（ECE）
以L/100km计的1/3混合油耗为
1 1 1 1 混合 ECE 90km / h 120km / h 3 3 3 3
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
2）美国环境保护局（EPA）
等速行驶 s 行程时，燃油消耗量
Pe bs 3.6s Q Qt t Qt ua 102ua g
折算成等速百公里燃油消耗量
Pe b 100 Qs 102ua g
Pe b 1.02ua g
第二节 汽车燃油经济性的计算
2.等加速行驶工况燃油消耗量的计算
加速时发动机需提供的功率为
企业平均燃料消耗量计算方法及 评价指标
• 企业平均燃料消耗量（CAFC）：制造商在某年度的企业平 均燃料消耗量应用制造商各车型的燃料消耗量与该年度各 车型对应产量乘积之和除以制造商该年度乘用车总产量计 算得出。 • 企业平均燃料消耗量目标值（TCAFC）：制造商在某年度 需要达到的企业平均燃料消耗量目标值应依据第4章规定 的车型燃料消耗量目标值（即上页表格中的目标值），用 该制造商各车型燃料消耗量目标值与该年度各车型对应产 量乘积之和除以制造商该年度乘用车总产量计算得出。 • 企业平均燃料消耗量要求：自2012年起，各制造商的企业 平均燃料消耗量与企业平均燃料消耗量目标值的比值不应 大于以下要求：1、2012年≤109%；2、2013年≤106%；3、 2014年≤103%；4、2015年及以后≤100%。
历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。
哥本哈根世界气候大会全称《联合国气候变化框架公约》第 15次缔约方会议暨《京都议定书》第5次缔约方会议，于 2009年12月7－18日在丹麦首都哥本哈根召开。来自192个国 家的谈判代表召开峰会，商讨《京都议定书》一期承诺到期 后的后续方案，即2012年至2020年的全球减排协议。
中国石油的相当一部分依赖进口
自1993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。2004年以来，中国的石
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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。
1997年在防止地球变暖的京都会议上提出《京都议定书》。 至2005年2月，全球已有141个国家和地区签署该议定书。 2005年2月16日，《京都议定书》正式生效。这是人类
8.0
8.6 9.1 9.8 10.3
1880<CM ≤2000
2000<CM ≤2110 2110<CM ≤2280 2280<CM ≤2510 2510<CM
13.6
14.0 14.5 15.5 16.4
12.2
12.6 13.0 13.9 14.7
第三章 汽车的经济性和排放性能
第二节
汽车燃油经济性的计算
1 Q2 Qt1 Qt2 t 2
第二节 汽车燃油经济性的计算
各区间的燃油消耗量为
1 Q3 Qt2 Qt3 t 2
1 Qn Qt ( n 1) Qtn t 2
整个加速过程的燃油消耗量为 加速区段内汽车行 驶的距离为
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
试验在专用的底盘测功器上进行。测出排气中以g/km （克每千米）计的CO2、CO及CH的排放量，用碳平衡法 求得燃油消耗量。 碳平衡法依据的基本原理是质量守恒定律。 汽（柴）油经过发动机燃烧后，排气中碳质量的总和
与燃烧前燃油中碳质量的总和应该相等。
汽油机 柴油机
–也就是说2012年以目标值的109%约束， –2013年以目标值的106%约束，2014年以目标值的103% 约束， –直至2015年完全按照政策中规定的目标值约束
第三阶段限值标准不再以单一车型为评价对象，而是参考美国《公司平 均燃料经济性法》，将车企作为整体进行评价。第三阶段标准制定的油 耗限值比第二阶段下降20%，到2015年，全国平均乘用车燃油消耗量将 降为7L/100km左右。
第三章 汽车的经济性 和排放性能
同济大学 汽车学院 朱西产 教授
汽车的燃油经济性
在保证动力性的前提下，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。
世界汽车工业发展永恒的主题是
节能 环保 安全
截止2006年底，我国已探明石油剩余经济可采储量为 20.43亿吨，天然气剩余经济可采储量为24.49亿m3。
• 2009年，中国汽车产销分别为1379.10万辆和 1364.48万辆，同比大增48%和46%，荣登全球汽车 产销第一大国。面对迅速增长的石油资源需求， 汽车工业的鼓励政策也必须与油耗指标息息相关， 低碳技术迅速铺展便成了当务之急。 • 中国政府关于第三阶段油耗限值从2012年开始为 导入期，2012-2014年企业燃料消耗量将分别给予 高于车型油耗目标值9%、6%、3%的灵活性，2015 年及以后完全实施。
“安全、环保、节能”技术将引导 中国汽车产业的发展
• 汽车碰撞安全性要求
– 1999年颁布实施汽车正面碰撞安全性要求 – 2006年颁布实施了汽车侧面碰撞、追尾碰撞安全性要求 – 2007年开始推行C-NCAP评价
• 环保要求
– 2000年实施汽车污染物排放要求第一阶段要求 – 2004年实施第二阶段要求 – 2007年实施第三阶段要求 – 2010年实施第四阶段要求 – 预计2012年重型柴油汽车将实施第五阶段要求
（不同企业所给数据、运行工况不统一）
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
思考：通过以上相关数据，可以得出哪些结论？
汽车燃油消耗量的小结 排量大的车，油耗高； 自重大的车，油耗高； 城市油耗高于公路油耗； 自动挡汽车的油耗高于手动挡汽车的油耗。
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
3.中国相关的新标准
燃油行驶的里程，单位为mile/USgal。
思考：为什么要在一定运行工况下评价汽车的燃油 经济性？
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
1.等速工况
宝来轿车等速油耗
1.8L 6.4M/7.0A/90km/h 8.5M/9.2A/120km/h 1.8T 6.1M/7.0A/ 90km/h 8.7M/9.2A/120km/h
本节将介绍汽车在等速、等加速、等减速和怠速等 工况下百公里燃油消耗量的计算方法。 为进一步分析影响汽车燃油经济性的因素打下基础。
第二节 汽车燃油经济性的计算
计算的基本依据
发动机万有特性图 和汽车功率平衡图
1.等速行驶工况燃油消耗量计算
等速时发动机应提供的功率为
Pe
1
T
( P Pw )
速对应的单位时间燃油消耗量
Peb Qt 367.1 g
第二节 汽车燃油经济性的计算
汽车行驶速度每增
加1km/h所需时间
1 t du 3.6 dt
从行驶初速度ua1加速 至ua1+1km/h所需燃油量 从行驶初速度 ua1+1km/h 再加速1km/h所需燃油量
1 Q1 Qt0 Qt1 t 2