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1、第3章整车的节能原理与技术 3.1汽车的燃油经济性 3.2整车的节能技术 3.1汽车的燃油经济性 3.1.1汽车燃油经济性的评价指标 3.1.2汽车燃油经济性的计算 等速行驶百公里燃油消耗量是 常用的一种评价指标，它指汽 车在额定载荷下，以最高档在 水平良好的路面上等速行驶 100km的燃油消耗量。常测出每 隔10km/h或20km/h速度间隔的 等速百公里燃油消耗量，然后 在图上连成曲线，称为等速百 公里燃油消耗量曲线，它用来 评价汽车的燃油经济性，见图3- 1。 3.1.1汽车燃油经济性的评价指标 图3-1汽车等速百公里燃油消耗量曲线 3.1.2汽车燃油经济性的计算 1.等速行驶工况燃油消
2、耗量的计算 2.加速行驶工况燃油消耗量的计算 3.等减速行驶工况燃油消耗量的计算 4.怠速停车时的燃油消耗量计算 5.整个循环工况的百公里燃油消耗量 6.装有液力传动装置的汽车燃油经济性的计算 在万有特性图上有等燃油消 耗率曲线。根据这些曲线， 可以确定发动机在一定转速 n，发出一定功率Pe时的燃 油消耗率be。为了便于计算， 按照转速n和车速的转换 关系在横坐标上画出汽车 （最高档）的行驶车速比例 尺。 1.等速行驶工况燃油消耗量的计算 图3-3汽油发动机万有特性曲线 a V 1.等速行驶工况燃油消耗量的计算 根据等速行驶车速及阻力功率P，在万有特性图上（利用插值法）可确 定相应的燃油消耗率
3、be。从而计算出以该车速等速行驶时单位时间内的燃 油消耗量 （单位为mL/s）为 （3-1） 式中 be燃油消耗率，单位为g/（kW h）； 燃油的比重，汽油可取为6.967.15N/L，柴油可取7.948.13N/L 。 整个等速过程行经s（单位为m）行程的燃油消耗量 （单位为mL）为 （3-2） 折算成等速百公里燃油消耗量（单位为L/100km）为 （3-3） 1.367 ee t gP Q = a ee V sgP Q 102 = s Q a ee s V gP Q 02. 1 = t Q Q 2.加速行驶工况燃油消耗量的计算 图3-4加速过程中燃油消耗量计算 3.等减速行驶工况燃油消耗
4、量的计算 减速行驶时，油门松开（关至最小位置）并进行轻微制动，发动机处 于强制怠速状态。其油耗量即为正常怠速油耗。所以减速油耗消耗量 等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。减速时间t（单位为s） （3-11） 式中、起始及减速终了的车速，单位为km/h； 减速度，单位为m/s2。 故减速过程燃油消耗量（单位为mL）为 （3-12） 式中怠速燃油消耗率，单位为mL/s。 d aa dt dV VV t 6.3 32 = 2a V 3a V d dt dV d Q i d aa d Q dt dV VV Q 6.3 32 = i Q 4.怠速停车时的燃油消耗量计算 若怠速停车时间为 （单位为s），则燃
5、油消耗量 （单位为 mL）为 （3-14） s t id Q siid tQQ = 5.整个循环工况的百公里燃油消耗量 对于由等速、等加速、等减速、怠速停车等行驶工况组成的 循环，如ECE-R.15和我国货车六工况法，其整个实验循环的 百公里燃油消耗量单位为L（100km）-1为 （3-15） 式中：所有过程油耗量之和，单位为mL； 整个循环的行驶距离，单位为m。 s Q 100= s Q Qs Q s 6.装有液力传动装置的汽车燃油经济性的计算 图3-5发动机与液力变矩器的共同工作 曲线和发动机的每小时燃油消耗量曲线 图3-6装有液力变矩器汽车的 转矩平衡与曲线 ( ) tp nfn = 6
6、.装有液力传动装置的汽车燃油经济性的计算 要计算100km燃油消耗量时，可在发动机转矩曲线上，画上泵轮的转矩 曲线， 为泵轮转矩， 为泵轮转速；然后根据变矩器的无因次 特性确定在不同速比下的变矩比K，再按下述关系 和 绘制不同节流阀开度下的与曲线，如图36所示。式中， 为涡轮转矩，为涡轮转速。 转速坐标按一定关系换算速度坐标。 相应的小时燃油消耗量即可由图35b的曲线上求出。而百 公里燃油消耗量，单位为L/100km，可按下式求得 （3-18） ) pP nfT（= P Tp n ，)(ifK = Pt KTT = pt inn = )( tt nfT = t T t n t Q ),(nfQ
7、t= 100= a t s V Q Q 3.2整车的节能技术 3.2.1改进传动系统 3.2.2减小汽车行驶阻力 3.2.3减轻汽车整备质量 3.2.4自动滑行超越离合器 3.2.5磁粉式电磁离合器 3.2.6车用自励式缓速器 3.2.7电动助力转向系统 3.2.8怠速启停系统 3.2.9 汽车CPS定压源能量回收系统 3.2.10 润滑油的使用 3.2.11 辅助设备 3.2.1改进传动系统 1.多轴驱动汽车驱动轴的自由离合 2.采用机械多档变速器 3.采用无级变速器 4.使用超速档 1.多轴驱动汽车驱动轴的自由离合 节油自动离合器节油自动离合器的特点： 1)节油。经使用测定，平均节油率是7
8、10%，即每百公里可 节省燃油1.1千克。 2)消除了机件空转，延长其使用寿命。 3)减少行车阻力，增加汽车的滑行能力。 1.多轴驱动汽车驱动轴的自由离合 图3-744型传动系统示意图 1等角速万向节2前驱动桥3离合器4变速器 5万向节传动轴6差速器7半轴8主减速器9分动器 1.多轴驱动汽车驱动轴的自由离合 图3-8轴头节油自动离合器 1外壳2轴头盖3弹簧4被 动牙嵌套5花键牙嵌套6锁片 7半轴套管8前半轴 节油自动离合器的特点： 1） 节油。经使用测定，平 均节油率是7-10%，即每百 公里可节省燃油1.1千克。 2） 消除了机件空转，延长 其使用寿命。 3） 减少行车阻力，增加汽 车的滑行
9、能力。 2.采用机械多档变速器 图3-9斯太尔重型汽车用ZFS690型带副变速器传动机结构示意图 a)装有后置副变速器b)装有前置副变速器 1第一轴2润滑油泵3第一轴常啮齿轮4四、五档同步器接合套5第二轴四档 常啮齿轮6第二轴7第二轴三档常啮齿轮8二、三档同步器接合套9第二轴二档 常啮齿轮10第二轴一档常啮齿轮11一、倒档接合套12第二轴倒档常啮齿轮13 副变速器行星齿轮14行星齿轮轴15行星齿轮内齿圈16固定外齿圈17副变速器 高、低档同步器接合套18副变速器高速档齿圈19副变速器输出轴20副变速器输入 轴齿轮21倒档齿轮22倒档轴23中间轴倒档齿轮24中间轴一档齿轮25中间 轴二档齿轮26
10、中间轴三档齿轮27中间轴四档齿轮28中间轴常啮齿轮29中间轴 30副变速器输入轴31副变速器输入轴常啮齿轮32副变速器输出轴(主变速器第一轴) 33五、六档同步器接合套34第二轴五档常啮齿轮35三、四档同步器接合套36 一、二档同步器接合套37第二轴一档齿轮38第二轴倒档外齿圈39倒齿轮拨叉40 中间轴倒档双联齿轮41中间轴五档齿轮42中间轴六档齿轮43副变速器中间轴常 啮齿轮44副变速器中间轴主变速器副变速器 3.采用无级变速器 (1)液力自动变速器(HAT)液力自动变速器技术已十分成熟， 应用最为广泛，目前占据着自动变速系统的主导地位。 (2)机械无级自动变速器(CVT)机械式无级变速器是
11、20世纪70 年代中后期，由荷兰的Van Doornes Transmission b.v.公司(简 称VDT)研制成功的(所以也称为VDT-CVT变速器)，并于1987年 开始投放市场。 3.采用无级变速器 (3)机械无级自动变速器(AMT)AMT是在不改变原车变速器主 体结构的基础上，通过加装微电脑控制的电动装置，应用微电 子驾驶和控制理论，以电子控制器(ECU)为核心，通过电动、 液压或气动执行机构对选换档机构、离合器、节气门进行操纵， 取代原来由人工操作完成的离合器的分离、接合及变速器的选 档、换档动作，实现换档全过程的自动化。 3.采用无级变速器 图3-10发动机最小燃油消耗特性的确
12、定图3-11无级变速器的调节特性 (1)液力自动变速器(HAT) 图3-12WSK系统与全同步变速器 1滑行自由轮机构2锁止离合器3变矩器 4换档离合器5全同步变速器 所谓WSK（德文缩写） 系统，是由锁止离合器 、变矩器、滑行自由轮 机构和换档离合器组成 的“变矩器换档离合 器系统”。多数情况下 是把WSK系统和变速器 装在一起作为传动装置 使用，也可以如图3 12所示，把WSK系统和 变速器分开布置。 （2）机械无级自动变速器（CVT） 图3-13配置ECVT与HAT的轿车 驱动力曲线的比较 (2)机械无级自动变速器(CVT) 图3-14金属带式无级自动变速器(VDT-CVT) a)结构图
13、b)原理图 1发动机飞轮2离合器3主动工作轮液压控制缸4主 动工作轮可动部分4a主动工作轮固定部分5液压泵6 从动工作轮可动部分6a从动工作轮固定部分7中间减速 器8主减速器与差速器9金属带10从动轮液压控制缸 它由金属带、工作轮、液压 泵、起步离合器和控制系统 等组成。其动力传递是由发 动机飞轮1经离合器2传到主 动工作轮、金属带、从动工 作轮后，再经中间减速齿轮 机构和主减速器，最后传给 驱动轮。可见，该系统使汽 车具有无级自动变速传动的 功能。 (2)机械无级自动变速器(CVT) 1)金属带 图3-15金属带部件 (2)机械无级自动变速器(CVT) 4）控制系统 图3-16CVT电子控制
14、系统 (2)机械无级自动变速器(CVT) 1)CVT与液力耦合器组成无级变速传动 图3-17CVT与液力耦合器组成的无级变速传动 1发动机2液力耦合器3固定工作轮4、9可动 工作轮5、10伺服工作缸6行星齿轮变速机构 7速度传感器8传动带11主减速器 (2)机械无级自动变速器(CVT) 2)CVT与电磁离合器组成无级传动 图3-18CVT与电磁离合器组成的无级传动 1电磁离合器2工作带3CVT 4行星齿轮变速器 (2)机械无级自动变速器(CVT) 3)双状态无级传动 图3-19双状态无级变速传动示意图 1发动机2扭转减振器3变矩器4转换离合器 5工作轮6、9内、外侧万向节7单向轮 8差速器10
15、传动链 R倒档离合器F前进离合器 (3)机械无级自动变速器(AMT) AMT是在不改变原车变速器主体结构的基础上，通过加装微电脑控 制的电动装置，应用微电子驾驶和控制理论，以电子控制器(ECU) 为核心，通过电动、液压或气动执行机构对选换档机构、离合器、 节气门进行操纵，取代原来由人工操作完成的离合器的分离、接合 及变速器的选档、换档动作，实现换档全过程的自动化。试验表明 ，装有AMT技术的轿车，比装有液力自动变速器的轿车节油将近20 。 AMT的发展大致分为两个阶段：单独控制阶段和整体控制阶段。单 独控制指AMT的控制对象只包括选换档机构、离合器、油门机构，其 控制的策略只是实现起步、换档时
16、的人工操纵的自动化；整体控制 不仅实现人工操纵的自动化，而是对整个传动系统进行控制，以提 高传动系统的性能和智能。 (4)双离合自动变速器（DCT） DCT双离合器自动变速器是基于手动变速器（MT）发展起来的，实现了 变速箱的自动功能，它除了具备手动变速器的结构简单、质轻、传动效率 高等优点，还具有良好的燃油经济性，提高了乘驾的舒适性，并且能够消 除变速箱在换挡时产生的中断现象，所以受到了各大汽车公司的重视，得 到了广泛的应用。 目前DCT的输出型号主要有组合双离合器两轴输出、组合双离合器单轴输 出和双离合器单轴输出，DCT是两套变速器和两套离合器组合起来，当其 中一套变速器运行时，另一套变速器实现无负荷工作，预先选择好变更的 档位，再通过转换两套离合器的运转使两套变速器轮流工作，即实现了档 位的自动变更。 (4)双离合自动变速器（DCT） 当前的DCT双离合器主要分为湿式和干式两种。湿式离合器与常见的摩托车离 合器相似，多片式离合器泡在油液中工作，并且需要一套冷却系统对油液降温。 而干式不需要油液降温，
