汽车燃油经济性.docx

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汽车燃油经济性

摘要

汽车燃油经济性是汽车的一个重要性能，也是汽车最重要的指标之一。

它关系到每个人的切身利益，由于要求节约能源和减少消耗能源时产生的温室效应的副作用，所以降低汽车燃油消耗似乎就成了汽车的主要问题。

目前世界上评论汽车燃油经济性一般用耗油量或油行程来表示。

汽车的燃油经济性有两种测定法:

等速百公里油耗和循环油耗。

汽车发动机的热效率随压缩比的增加而增加，现在轿车汽油发动机压缩比一般在9.3-10.5之间，同时，还采用配气系统可变装置（可变气门升程、可变凸轮轴转角、可变进气管长度、涡轮增压等）和稀燃技术，来达到节油目的；发动机的功率和负荷率对燃油经济性有很大的影响；汽车的传动系也会影响汽车的燃油经济性；现在，由于汽车速度的不断提高，汽车的造型对燃油经济性也有重要影响，车速越快影响越大，这就是人们常说的“风阻”。

能源的可持续发展和环境保护都直接制约着汽车的燃油经济性，于是电动汽车和混合动力汽车变应运而生。

关键词：

汽车燃油经济性，等速百公里油耗，循环油耗，压缩比，风阻，涡轮增压，发动机功率和负荷，电动汽车，混合动力汽车。

Abstract

Vehiclefueleconomyisanimportantperformancecar,butalsothemostimportantindicatorofvehicle.Itrelatestothevitalinterestsofeachperson,duetorequirementstoconserveenergyandreduceconsumptionofenergygeneratedwhenthesideeffectsofthegreenhouseeffect,soitseemstoreducevehiclefuelconsumptionofautomobileshasbecomeamajorproblem.Commentontheworld'svehiclefueleconomyoroilfuelconsumptiontendstobeusedtoindicatethetrip.Vehiclefueleconomy,therearetwoassay:

Velocity100kilometerscyclefuelconsumptionandfuelconsumption.Thermalefficiencyofacarenginewiththecompressionratioincreases,andnowcargasolineenginecompressionratioisgenerallybetween9.3-10.5,whilealsousingavariablevalvetrainsystemsdevices（variablevalvelift,variablecamshaftanglecanbeVariablelengthintakemanifold,turbo-charged,etc.）andleanburntechnologytoachievefuel-savingpurposes;enginepowerandloadrateonthefueleconomyhavegreatimpact;vehiclepowertrainwillalsoaffectthefueleconomy;Now,thankstothecontinuousimprovementofvehiclespeed,vehicleshapeofthefueleconomyalsohaveimportantimplicationsforthefasterspeedofthegreaterimpact,whichiscommonlyknownas"drag."Sustainableenergydevelopmentandenvironmentalprotectionaredirectlyrestrictthefueleconomy,soelectriccarsandhybridvehicleschangecameintobeing.

Keywords:

automobilefueleconomy,constantvelocity100kilometersfuelconsumption,cyclefuelconsumption,compressionratio,drag,

1引言.............................................................5

2汽车燃料.........................................................5

2.1汽油.........................................................5

2.1.1汽油的使用性能.........................................5

2.1.2车用乙醇汽油...........................................6

2.2柴油.........................................................6

2.2.1柴油的使用性能.........................................6

2.2.2生物柴油...............................................7

2.3压缩天然气和液化石油气.......................................7

2.3.1压缩天然气.............................................7

2.3.2液化石油气.............................................8

3汽车燃料经济性...................................................8

3.1定义.........................................................8

3.2评价指标.....................................................8

4汽车发动机可燃混合气形成和燃烧..................................9

4.1汽油发动机...................................................9

4.1.1汽油混合气形成..........................................9

4.1.2汽油机燃烧过程..........................................9

4.2柴油发动机.................................................10

4.2.1柴油混合气形成........................................10

4.2.2柴油机燃烧过程........................................10

5电子控制燃油喷射技术...........................................11

5.1发动机燃油喷射系统的组成...................................11

5.1.1空气供给系统..........................................11

5.1.2燃油供给系统.........................................11

5.1.3燃油喷射电子控制系统.................................11

5.2发动机燃油喷射系统的分类...................................11

5.2.1按燃油喷射控制方式分类...............................11

5.2.2按喷油器喷油部位分类.................................11

5.2.3按喷油器喷油方式分类.................................11

6汽车发动机增压.................................................12

6.1概述.......................................................12

6.2机械增压...................................................12

6.3涡轮增压...................................................15

7电动汽车........................................................17

7.1概述.......................................................17

7.2纯电动车辆.................................................17

7.3燃料电池电动车辆...........................................18

7.4混合动力电动车辆...........................................18

8提高汽车燃油经济性的其它措施...................................20

8.1燃油经济性的影响因素.......................................20

8.2技术上改善燃油经济性的措施.................................21

8.3驾驶技术层面上改善燃油经济性...............................22

9结果分析与讨论................................................24

10总结............................................................25

参考文献...........................................................26

1引言

内燃机汽车经过120多年的发展和壮大，在安全、节能、环保、舒适和价廉等方面取得了重大的进展。

但是，内燃机汽车的发展也正在面临可持续发展能源的挑战，大气环保和地球温室效应（变暖）的挑战，以及噪声方面的限制等。

目前，世界上各种汽车的保有量超过7亿辆，每年新生产的各种汽车约5000万辆，汽车石油消耗量每年达到8010~0亿桶，约占世界石油产量的一半以上，21世纪以来，石油价格上涨，石油资源的日益枯竭，人类将面临更大的资源危机和挑战。

汽车对环境的污染主要表现在汽车排气污染、噪声污染和二次扬尘污染等，℃其中以排气污染最为严重。

要解决汽车工业和环境保护之间的矛盾，必须要求政府、企业和公众三者紧密联合起来，以科学的发展观来共同倡导具有“责任意识、发展意识和环保意识”的绿色汽车业，以推动汽车工业和环境保护的可持续发展，促进二者的良性循环。

于是各国科研人员正在致力新能源的开发与利用。

各大汽车制造商也越来越关注提高汽车燃油经济性的提高。

于是涌现出了电子控制燃油喷射技术，汽车发动机增压，电动汽车等新技术。

氢能源的利用和开发，生物柴油，乙醇汽油，压缩天然气等新能源也正在被利用，目的都在提高汽车燃油经济性。

2汽车燃料

2.1汽油

2.1.1汽油的使用性能

（1）汽油的蒸发性

汽油蒸发性的评价指标通常用蒸馏百分比来表示。

总之，汽油的各蒸馏出温度低则蒸发性好，有利于混合气的形成。

但蒸发性过大的汽油在使用过程中容易使汽油供给系统发生气阻，且蒸发损失较大。

（2）汽油的燃点和热值

汽油自然温度较高，约为471℃。

汽油的热值通常情况下指1kg汽油完全燃烧所产生的热量，约为43.9MJ,即43.9MJ/kg。

（3）汽油的抗爆性

汽油的抗爆性是指汽油在发动机汽缸中燃烧时避免产生爆燃的能力，用辛烷值表示。

辛烷值越高，抗爆性越好。

辛烷值有两种测定方法，一种是马达法（MON）；另一种是研究法（RON）.

国产汽油利用研究法辛烷值来编号。

2.1.2车用乙醇汽油

乙醇是以高粱、玉米、小麦、薯类、糖蜜等为原料，经发酵、蒸馏而制成的。

将乙醇液中含有的水进一步除去，再添加适量的变性剂（为防止饮用）可形成变性燃料乙醇。

车用乙醇汽油是将变性燃料乙醇和汽油以一定的比例混合而形成的一种汽车燃料。

使用这种燃料不但可以节省石油资源和有效地减少汽车尾气的污染，还可以促进农业生产。

乙醇汽油在一些国家已成功使用多年，目前在我国也开始受到重视。

2001年4月2日，国家质量技术监督局发布了《变性燃料乙醇》和《车用乙醇汽油》两项国家标准，并于2001年4月15日开始实施。

我国将根据具体情况，在一些城市逐步推广使用乙醇汽油，到2005年，全国已有五个省及一些省的部分地市基本实现了车用乙醇汽油替代普通汽油。

2.2柴油

2.2.1柴油的使用性能

（1）柴油发火性

发火性是指燃料对柴油机自动着火的适应性，也称着火质量。

用十六烷值或指数来表示，正十六烷值的发火性最好，而甲基萘的发火性最差，人们把正十六烷值定为100，甲基萘定为0.

（2）柴油的蒸发性

柴油的蒸发性是指柴油在一定温度下有液态挥发呈气态的快慢程度。

闪点是将可燃性液体在专门仪器和规定条件下加热，其蒸气与空气形成的混混合气与火焰接触，发生瞬间闪火的最低温度。

闪点既是评价柴油蒸发倾向的指标，又是确保其安全性的指标。

柴油的闪点必须达到55℃以上。

（3）柴油的黏度

柴油的黏度是指在一定温度下柴油流动性的程度。

黏度低，流动性好，容易雾化成微粒，但黏度也不能过低，这样会加剧喷油泵的精密偶件的磨损。

（4）柴油的凝点

柴油的凝点是指其失去流动性的温度。

2.2.2生物柴油

生物柴油（Biodiesel）是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。

生物柴油是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。

生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：

醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。

　典型化学反应：

　R1COOCH2

　R2COOCH+3MeOH（EtOH）——R1（R2,R3）COOMe[R1（R2,R3）COOEt]+CH2（OH）2CH（OH）

　R3COOCH2

　生物柴油的特点:

（1）含水率较高，最大可达30%-45%。

水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，但降低了油的热值；

（2）pH值低，故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料（制备方法不同的酸价不一样）；

　（3）密度比水小，相对密度在0.8724~0.8886之间；

　（4）具有“老化”倾向，加热不宜超过80℃，宜避光、避免与空气接触保存；

　（5）润滑性能好。

　（6）优良的环保特性：

硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低、生物柴油的生物降解性高达98％，降解速率是普通柴油的2倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染；

　（7）较好的低温发动机启动性能；

　（8）较好的安全性能：

闪点高，运输、储存、使用方面安全；

　（9）十六烷值高，燃烧性能好于柴油。

（10）无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练

2.3压缩天然气和液化石油气

2.3.1压缩天然气

CNG压缩天然气（compressednaturalgas），主要成分为甲烷气体的汽车，属于燃料汽车（gasfuel-poweredautomobile）的一种，利用可燃气体做能源驱动的汽车。

密度为0.78kg/m3；天然气热值H=5050kJ/kg。

2.3.2液化石油气

LPG液化石油气（Liquefiedpetroleumgas）主要是由丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）组成的，有些LPG还含有丙烯（C3H6）和丁烯（C4H8）。

LPG一般是从油气田、炼油厂或乙烯厂石油气中获得。

液化石油气是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。

催化裂解气的主要成份如下（%）：

氢气5-6、甲烷10、乙烷3-5、乙烯3、丙烷16-20、丙烯6-11、丁烷42-46、丁烯5-6，含5个碳原子以上的烃类5-12。

热裂解气的主要成份如下（%）：

氢气12、甲烷5-7、乙烷5-7、乙烯16-8、丙烷0.5、丙烯7-8、丁烷0.2、丁烯4-5，含5个碳原子以上的烃类2～3。

这些碳氢化合物都容易液化，将它们压缩到只占原体积的1/250-l/33，贮存于耐高压的钢罐中，使用时拧开液化气罐的阀门，可燃性的碳氢化合物气体就会通过管道进入燃烧器。

点燃后形成淡蓝色火焰，燃烧过程中产生大量热。

15℃密度为0.55kg/L，LPG的低位热值为46.4MJ/kg。

3汽车燃料经济性

3.1定义

在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消费量行驶的能力，称为汽车的燃油经济性。

3.2评价指标

（1）等速百公里油耗

汽车在无坡度的平坦好路上以等速行驶时的油耗为等速百公里油耗。

由于汽车实际行驶中频繁出现的加速、减速等行驶状况的燃油经济性，因此，等速行驶燃料经济性不能全面考核汽车运行燃料经济性，它只能作为一种相对比较性的指标，如下图3-2-1所示。

3-2-1汽车百公里燃油消耗量曲线

（2）循环油耗

由于等速油耗与实际行驶情况有很大差别，实际上不能全面地评定汽车的燃油经济性。

现在一般都采用循环油耗来评定汽车的燃油经济性。

循环油耗是指在一段指定的典型路段内汽车以设定的不同工况行驶时的油耗，起码要规定等速、加速和减速3种工况，复杂的还要计入起动和怠速停驶等多种工况，然后折算成百公里油耗。

例如我国有6工况循环油耗（货车）和城市4工况循环油耗（客车），欧洲有ECE－R15工况循环油耗，美国有公路循环和城市循环油耗。

一般而言，求得的循环油耗还要与等速百公里（指定车速）油耗加权平均取得综合油耗，以便更科学地评价汽车的燃油经济性。

不过有时也不严格地称这种综合油耗为循环油耗，所以现代轿车给出的城市油耗和公路油耗更全面地说，应该是城市综合油耗和公路综合油耗，也有简称为城市循环油耗和公路循环油耗，在我国也更简单地称为城市油耗和公路油耗。

4汽车发动机可燃混合气形成和燃烧

4.1汽油发动机

4.1.1汽油混合气形成

汽油机混合气形成有两种方法：

一种是化油器混合，另一种是喷射方法。

4.1.2汽油机燃烧过程

1.汽油机的正常燃烧

（1）着火延迟期：

从火花塞跳火到火焰中心形成。

从火花塞跳火到活塞行至上止点时的曲轴转角，称为点火提前角，用θ表示。

一般为20--350CA。

（2）明显燃烧期：

从火焰中心形成到缸内最高压力。

明显燃烧期是汽油机燃烧的主要时期，绝大部分燃料在这一阶段燃烧，此时活塞又靠近上止点，所以汽缸内的压力、温度迅速升高，压力达到最大值；混合气燃烧约90%，放出了大部分的热量。

（3）后燃期：

从缸内压力最高到燃料燃烧结束。

指明显燃烧期以后的燃烧，主要由火焰前锋面未及燃烧的燃料再燃烧，以及部分燃烧及高温分解的燃烧产物重新氧化。

2.汽油机的不正常燃烧

混合气在汽缸内燃烧时没有按照人们预控的燃烧过程燃烧过程而进行称为不正常燃烧。

（1）爆震燃烧（爆燃）:

爆燃产生末端混合气自燃，形成新的火焰中心；

新的火焰速度很大（1000m/s），缸内局部压力、温度急剧升高，形成冲击波；

（2）热面点火:

由燃烧室内炽热表面（如过热的火花塞电极、排气门、积碳）点燃混合气的现象。

4.2柴油发动机

4.2.1柴油混合气形成

柴油机混合气形成有两种方法：

一种是空间雾化，另一种是油膜蒸发混合。

4.2.2柴油机燃烧过程

（1）着火延迟期：

从柴油开始喷入气缸起到着火开始为止的这一段时期称为着火延迟期。

影响着火延迟期长短的主要因素是：

喷油时缸内的温度和压力越高，则着火延迟期越短。

柴油的自燃性较好（十六值较高），着火延迟期较短。

燃烧室的形状和壁温等。

喷油提前角：

开始喷油到活塞到达上止点所对应的曲轴转角为喷油提前角。

（2）急燃期：

从开始着火（即压力偏离压缩线）到出现最高压力.

一般用压力升高率λp〔kPa／（º）曲轴〕表示压力急剧上升的程度。

（3）缓燃期:

即从最大压力点至最高温度点。

当缓燃期开始时，虽然气缸内已形成燃烧产物，但仍有大量混合气正在燃烧。

（4）补燃期:

从最高温度点起到燃油基本烧完时为止称为补燃期。

补燃期的终点很难准确地确定，一般当放热量达到循环总放热量的95％—99％时，可认为补燃期结束。

补燃期内燃油的燃烧可称为后燃，由于燃烧时间短促，混合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中继续燃烧。

5电子控制燃油喷射技术

5.1发动机燃油喷射系统的组成

5.1.1空气供给系统

空气供给系统简称为供气系统。

空气供给系统的功用是向发动机提供混合气燃烧所需要的空气，并测量出进入汽缸的空气量。

（1）旁通空气式供气系统

（2）直接供气式供气系统

（3）可变进气系统

5.1.2燃油供给系统

燃油供给系统简称供油系统，其功用是向发动机提供混合气燃烧所需要的燃油量。

5.1.3燃油喷射电子控制系统

燃油喷射电子控制系统由各种传感器与控制开关、电子控制单元ECU和执行器三部分组成。

5.2发动机燃油喷射系统的分类

5.2.1按燃油喷射控制方式分类:

按燃油喷射控制方式可分为机械控制式、机电结合式和电子控制式燃油喷射系统。

5.2.2按喷油器喷油部位分类:

按喷油器喷油部位不同可分为缸内喷射系统和进气管喷射系统。

进气管喷射系统又可分为单点燃油喷射系统（SPEI或SPI）,多点燃油喷射系统（MPFI或MPI）,其中博士D、L、LH、M型燃油喷射系统就是多点喷射系统。

5.2.3按喷油器喷油方式分类

按喷油器喷油方式不同可分为连续喷射和间歇喷射系统。

间歇喷射系统又可以分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射。

6汽车发动机增压

6.1概述

所谓增压就是将空气预先压缩