某城市客车动力性和经济性改进设计

某城市客车动力性和经济性改进设计杨俊华1，谭雪峰2（1.重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心重庆401122;2. 广西玉柴机器股份有限公司玉林537005）【摘要】本文主要阐述某城市客车在基本性能与设计要求值相差较大的情况下，通过分析原因并改进排气系统、冷却系统的结构布置，使车辆的动力性和经济性均有较大幅度的提高，为车辆的设计提供参考。

关键词：城市客车；改进；动力性；燃料消耗量中图分类号：U469.72Improvement design for city bus acceleration performance and fuel consumptionYang Junhua(Chongqing Vehicle Test & Research Institute Co., Ltd. National Coach Quality Supervision & TestingCenter Chongqing 400067, China)Abstract: This paper primarily introduces the improvement design for a city bus acceleration performance and fuel consumption because of difference between the design requirements and test results. Then, the acceleration and fuel consumption have a great improvement by reforming the exhaust system and water cooling system structure.Key words: city bus; improved; acceleration performance; fuel consumption.1 前言汽车的动力性和经济性是评价汽车性能的两个非常重要的指标。

良好的加速性能和经济的油耗一直是汽车企业不断追求的目标。

而城市客车特殊的使用环境，对加速性能和燃料经济性有着更高的要求。

车辆经营者希望车辆有着良好的加速性能以满足乘客对时间的要求，同时车辆油耗要尽可能低，以降低车辆的使用成本，从而获得更高的经济效益。

在这一背景下，汽车生产企业一直在不断探索，在努力提高车辆加速性能的同时降低车辆油耗，以满足市场的要求。

近年来，市场上也出现了不少的节油产品[1]，如节油器、纳米分子油箱等，通过这些方法来降低车辆油耗。

本文重点介绍某企业通过对某城市客车的排气系统、冷却系统进行改进的方法来达到提高车辆加速性能、降低车辆油耗的目的。

2 问题的提出某城市客车的动力性和经济性试验结果不满足该车的设计要求，并且与同类型车辆比较，动力性较差，油耗较高，于是对该车进行改进分析并加以改进，以达到设计要求。

该车基本参数和初次试验结果分别见表1和表2。

表2 车辆动力性经济性试验结果从表2中数据可知，该车动力性和经济性试验结果与设计要求差距较大。

鉴于车辆的特殊使用环境，本次试验只采用动力性指标中汽车的加速时间进行评价[2]，而燃料消耗量试验是根据GB/T12545.2-2001《商用车辆燃料消耗量试验方法》，采用等速行驶燃料消耗量来评价[3]。

3 改进分析3.1加速性能分析我们知道，提高加速性能的总体原则为增大驱动力，降低行驶阻力[4]。

驱动力方面：首先从理论计算入手，看理论计算结果是否能满足设计要求。

根据汽车行驶方程，车辆在平直路面上的加速度为[5]：20T 21.15e g D a T i i C Au fmg R a mηδ⎛⎫-- ⎪⎝⎭= （1） 式中，T e 为发动机扭矩（N.m ），R 为车辆轮胎滚动半径（m ），m 为车辆质量（kg ），i 0为主减速比，i g 为各档位速比，δ为车辆不同档位下的旋转质量转换系数。

结合发动机外特性数据[6]代入式（1）即可得到该车辆的1/a —u a 曲线（如图1），在1/a —u a 曲线图上，曲线下两个速度区间的面积就是通过此速度区间的加速时间。

从该曲线图得到该车辆从0加速到50km/h 所需要时间约为14.5s （不含换挡时间），加上换挡时间3s 左右，从而得到总时间约为17.5s 。

因此，该发动机理论上能满足设计要求，暂不考虑更换更大功率发动机。

0102030405060708090123456v(km/h)1/a (s 2/m )图1 各档位下加速度倒数曲线行驶阻力方面：车辆在平直道路上的行驶阻力为滚动阻力、空气阻力和加速阻力。

由汽车行驶方程知道，滚动阻力的影响因素为滚动阻力系数f 和车辆质量m 。

滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎构造、材料、气压等有关。

空气阻力与风阻系数、迎风面积及速度有关，而风阻系数主要与车辆造型有关。

加速阻力与汽车旋转质量换算系数及汽车质量有关，汽车旋转质量换算系数主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关。

通过上述分析可知，在车辆外型、尺寸和质量参数、发动机、变速器、轮胎及其它主要配置已确定的情况下，从车辆自身的角度上讲，车辆的行驶阻力就无法降低了。

那么要想提高车辆的动力性就要增加车辆的有效驱动力，即在发动机总功率一定的情况下，可改进发动机附件，减少发动机的功率损失。

3.2 燃料消耗量分析我们知道，影响车辆燃料消耗量的因素有：车辆的行驶阻力、燃油消耗率、传动效率、行驶工况及附件消耗等。

其中车辆结构方面的因素为：车辆尺寸和质量、发动机、传动系、汽车外形与轮胎。

因此，在车辆的尺寸和质量、发动机、传动系、外形和轮胎等已确定的情况下，要减小车辆燃料消耗量，可从发动机的附件消耗入手，在不增加发动机总功率的情况下，减少发动机的功率损失、降低车辆的负荷，从而降低油耗。

3.3 改进项目分析经过上面加速性能和燃料消耗量的分析，确定本次改进的途径为：通过改进发动机附件，降低发动机的功率损失，从而提高车辆动力性和经济性。

本次改进的发动机附件为发动机排气系统消声器和发动机冷却系统。

① 发动机排气系统消声器原车装配的是单排气口系统，改进后为双排气口系统。

排气系统所消耗发动机功率占发动机总功率有相当大的比例，所消耗功率有部分取决于排气系统的设计，包括排气系统的布置和消声器的内部结构设计。

排气系统的设计应最大限度的降低排气阻力和发动机的功率损失，从而达到提高车辆加速性能和降低车辆油耗的目的。

双排气口系统，能有效降低排气阻力，降低发动机的总功率损失，提高车辆动力性和经济性并能降低车辆排气噪声。

② 发动机冷却系统[7]该车所装发动机布置方式为后纵置式，冷却方式为水冷却，带空—空中冷器。

改进前采用吸风式皮带传动风扇对发动机水箱及中冷器进行冷却，布置方式为传统的后纵置式，车辆前端无风冷系统。

改进后车辆前端增加了进气格栅和吹风式电子冷却风扇对冷却系统进行风冷[8]（如图2），后部将原皮带传动风扇改为2个电子风扇（如图3）。

驱动方式为与发动机中冷器、散热器相匹配的温度控制电驱动系统。

汽车发动机散热器冷却风扇所耗功率占发动机总功率的10%左右，但大量的试验表明，水冷系只有25%的时间需要风扇工作，而在冬季风扇的工作只有5%的时间是有意义的，其他时间风扇所消耗的功率完全被浪费了。

因此解决水冷系的风扇问题是节油的重要途径[9]。

图2 改进后车辆前部进气格栅图3 改进后车辆电子冷却风扇改进前水箱及中冷器的冷却均靠吸风式皮带传动风扇的运转对其进行冷却。

空一空冷却的中冷器与水箱散热器装在一起[10]，安装在水箱前方，由于是后置式发动机，因此没有汽车行驶的迎风对中冷器进行冷却，只能采用冷却水箱的吸风风扇进行冷却，冷却效率较低。

改进后，前端增加了吹风式电子风扇，后部增加了风扇数量，大大提高了效率。

另外，采用原水箱传统的皮带传动风扇冷却方式时，只要发动机运转，风扇就会一起运转，这样即使水温较低风扇也在运转，从而增加发动机的负荷，增加油耗，浪费资源。

采用与发动机中冷器、散热器相匹配的温度控制电驱动风扇冷却系统，可根据发动机水温来控制，水温高时启动风扇，水温较低时关闭风扇。

这样提高了风扇的效率，降低发动机的功率损失，降低油耗。

4 改进试验对改进后车辆重新进行加速性能、燃料消耗量试验。

试验时与改进前车辆质量相同，路段相同，环境条件和车辆技术状况相近，试验前车辆均进行了充分的预热，试验结果见表3。

从表3和表2可以看出：改进后起步换档加速到50km/h的时间明显缩短，加速性能明显改善，从30km/h至70km/h的直接档等速行驶燃料消耗量（L/100km）均减少，经济性提高，满足了设计要求，达到了预期效果。

5 结论采用排气系统结构改进和电动风扇的方法可用来提高动力性和经济性。

将该车辆的单排气尾管改为双排气尾管，增加车辆前端吹风式电子风扇，将后部皮带传动风扇改为电子风扇，能提高该车辆的加速性能，降低燃料消耗量。

参考文献[1] 王岱.汽车节能产品真的节能吗.汽车维修与保养.2001,（12）:30.[2] 汽车加速性能试验方法[S]. 中国人民共和国国家标准,GB/T 12543-2009.[3] 商用车辆燃料消耗量试验方法[S]. 中国人民共和国国家标准,GB/T 12545.2-2001.[4] 张京明,周金宝.汽车动力性燃油经济性的综合评价.汽车工程,1996,（1）:8.[5] 余志生.汽车理论.机械工业出版社,2000,4.[6] 吴建华.汽车发动机原理. 机械工业出版社,2005,7.[7] 高文,刘波.现代汽车发动机冷却系统的发展趋势.交通科技与经济,2007,（3）:23.[8] 王忠良.电子控制冷却风扇.汽车电器,2001,（5）:007.[9] 刘晓晴,胡军.电动冷却风扇低能耗、低噪声大客车的研发.客车技术与研究,2007(6):19-22.[10] 陈家瑞.汽车构造.人民交通出版社,2002.3.进气格栅双电子风扇。