汽车的燃油经济性

第2章汽车的燃油经济性学习目标通过本章的学习，应重点掌握汽车燃油经济性的评价指标，掌握汽车燃油经济性的计算法，理解影响燃油经济性的汽车结构因素和使用因素。

油是现代工业，尤其是交通运输的重要能源，汽车的燃料在今后较长的一段时间仍然是油产品。

随着工业的发展，车辆的增多，使用油产品越来越多。

现在各国都把节约汽车用油作为汽车制造业和汽车运输业中的二个重大问题。

For personal use only in study and research; not for commercial use2.1节汽车燃油经济性的评价指标汽车的燃油经济性，是指以最小的燃油消耗量完成单位运输工作量的能力。

燃油消耗已占运输成本的40%左右，所以节约用油是降低运输成本的重要措施之一。

汽车燃油经济性的评价指标主要又以下三种。

2.1.1 单位行驶里程的燃油消耗量Q表示燃油消耗量，其单位为kg/100km。

当燃油按容当燃油按质量计算时，用符号mQ表示燃料消耗量，其单位为L/100km。

积计算时，用符号V单位行驶里程的燃油消耗量只考虑了行驶里程，没有考虑车型与载重量的差别，所以只能用于比较同类型汽车或同一辆汽车的燃料经济性，但它也可用于分析不同部件(如发动机、传动系等)装在同一汽车上，对燃料经济性的影响。

其数值越小，汽车燃油经济性越好。

2.1.2 单位运输工作量的燃油消耗量若燃油以质量计算时，该指标单位对于载重汽车为kg/(100t·km)，对客车为kg/(1000人·km)。

若燃油以容积计算时，该指标单位对于载重汽车为L/100t·km，客车为L/(1000人·km)。

该指标可以用来比较不同类型、不同装载质量汽车的燃料经济性。

其数值越小，汽车燃油经济性越好。

2.1.3 消耗单位燃油所行驶的里程美用消耗单位燃油所行驶的里程的评价法，其单位是MPG或mile/ USgal，指的是每消耗一加仑燃油能行驶的英里数(1mile=1.61km，1Usgal=4.55L)。

其数值越大，汽车燃油经济性越好。

2.2节汽车燃油经济性的计算在汽车设计时，常需要在实际的试验样车制成之前，先根据所选用的发动机台架试验得到的油耗曲线与汽车功率平衡图，对汽车进行燃油经济性的估算。

其中包括汽车等速百公里油耗的计算，等速、加速、减速和怠速等行驶工况的油耗的计算。

2.2.1 汽车等速百公里油耗的计算汽车以速度a u在路上等速行驶时，发动机相应工况的有效燃油消耗率为e g[g/(kW·h)]，而此时汽车行驶100km所消耗的功率即阻力功率为P[kW]，则等速百公里油耗V Q(L/100km)为γa e V u Pg Q 02.1=(2.1) 式中 γ——燃料的重度(N/L)，汽油取6.96—7.15N ／L ，柴油取7.94—8.13N ／L ；e g ——有效燃油消耗率[g/(kW ．h)]。

有效油耗率e g 与发动机的负荷率有关。

所谓负荷率，是指在某一转速下，节流阀部分打开时，所发出的功率与该转速下节流阀全开时最大功率之比。

有效油耗率e g 与负荷率U 的关系曲线，即为负荷特性曲线。

发动机负荷特性是从台架试验上获得的，因此，由功率平衡图与负荷特性，可得出行驶时发动机的油耗。

图2.1 用功率平衡图与负荷特性计算汽车等速百公里油耗a)功率平衡图 b)负荷特性 c)等速百公里油耗图2.1所示为计算汽车等速百公里油耗的功率平衡图和负荷特性图，以及计算得到等速百公里油耗曲线。

图2.1a 中，若汽车以车速'a u 在水平路上行驶，发动机应提供的功率即为汽车阻力功率P '，即bc ，此时发动机的负荷率为 ac bcU ='与车速'a u 相对应的发动机转速为'e n （r i i u n g a e 377.00=），根据'e n 、U '就能在负荷特性曲线上通过插值法找出有效燃油消耗率e g (见图2.1b)。

汽车行驶l00km ，发动机应作的功为''='au P W 100 若每隔一定车速（如l0km/h ）求出相应的百公里油耗Q ，便可作出汽车等速百公里油耗曲线Q -a u ，按同样的法，也可算出在有坡度的道路上行驶时的等速油耗曲线(见图2.1c)。

2.2.2 汽车等加速行驶油耗的计算法在分析汽车燃油经济性时，除等速百公里油耗曲线外，还常用计算法确定按某试验循环 行驶时的总平均百公里耗油量。

为此必须进行加速、减速及停车怠速的耗油量计算。

减速及 停车怠速时的油耗量，可根据试验得到的怠速油耗量来估算。

下面具体介绍一种确定加速时 油耗的近似计算法。

前面讨论知道汽车行驶的油耗V Q (L/100km)为γa e e V u g P Q 02.1= 当该式中的e P 、e g 、a u 为变量时，同样也适合于计算加速过程，即此时)15.21(36722dtdu g G Au C G g Q a D T e V δψγη++= (2.2) 令 dt dug δψψ+='则 )15.21(36722a D T e V Au C G g Q +'=ψγη (2.3) ψ'为汽车的当量道路阻力系数，即将加速行驶时的惯性力，相当于某一道路阻力来考虑。

这样加速过程的燃料经济性，可用等速行驶的燃料经济性的分析法进行分析。

前面在介绍等速行驶百公里油耗计算法时，曾作出在一定坡道上(如1ψ、2ψ、3ψ，…)油耗曲线(图2.1c)。

当把加速过程用当量道路阻力系数ψ'来考虑时，如果假设其在水平良好的道路上加速行驶，0=i ，f 很小，则j g δψ='（dtdu j =）。

因为δ、g 为常数，因此这些等速油耗曲线可以转换为在水平道路上，以相应的等加速度1j 、2j 、3j …行驶的油耗曲线如图2.2所示。

图2.2 等加速行驶的油耗曲线图2.3 加速时汽车油耗的确定 在等加速度行驶的油耗曲线下面，画上加速过程曲线如图2.3所示，则在对应的1t ∆、2t ∆、3t ∆等的速度间隔中，其平均加速度为111t u j ∆∆=，… ，333t u j ∆∆= 而在1t ∆与3t ∆时间间隔中的绝对油耗为11151106.31t Q u Q am ∆⨯=∆ 33353106.31t Q u Q am ∆⨯=∆ 式中 1am u ——在1t ∆小间隔时的平均速度；3am u ——在3t ∆小间隔时的平均速度。

由此即可求出整个加速过程中的绝对油耗为：=Q ∑i Q ∆加速过程的油耗量计算法分成三个步骤：（1） 把加速阻力作为道路阻力，把Q -a u (1ψ、2ψ、3ψ…)转换成Q -a u (1j 、2j 、3j …)（2）根据Q -a u (1j 、2j 、3j …)和a u -t (加速过程)图，分别求出每一小段时间间隔i t ∆的油耗量i Q ∆，i t ∆越小，结果越精确。

（2） 把各小段计算的i Q ∆加起来，就是整个加速过程的油耗量。

2.3节 汽车燃油经济性的影响因素前面讨论得到汽车行驶的油耗V Q (L/100km)为γa e e V u g P Q 02.1= 或 Te V Fg C Q η= 式中 C ——常数；F —— 行驶阻力。

可以得出，汽车的燃油消耗量正比于行驶时的行驶阻力与燃油消耗率，反比于传动效率。

发动机的燃油消耗率，一面取决于发动机的种类、设计制造水平；另一面又与汽车行驶时发动机的负荷率有关。

下面分别从汽车结构和使用两个面，讨论影响燃油经济性的因素，从而可以看出提高燃油经济性的一些途径。

2.3.1 汽车结构因素设计与制造出性能良好，燃油消耗低的汽车是很重要的。

通过对汽车各个主要部件的改进，可以大大节约用油。

下面介绍发动机、传动系、汽车外形等面与燃料经济性的关系。

发动机面发动机的种类为了节省能源，控制排气污染，充分发挥燃料的热效率，近年来对发动机进行了多面的研究。

目前来看，比较成熟的技术有汽油喷射发动机。

汽油喷射发动机可以精确地控制混合气的浓度；保证各缸供应混合气的均匀性；由于汽油是以一定压力喷人进油管中，所以雾化效果较好，燃油利用率高。

柴油机的压缩比较汽油机的大，所以热效率高，特别是在部分负荷时，柴油机的有效燃油消耗率e g 较低。

柴油机的燃油消耗(按容量计算)，比汽油机要节省20%~40%，而且柴油价格较汽油低。

但是，柴油机排量大，重量大，噪声、振动较大，因此，柴油机的性能不断改善之后，扩大柴油机的使用围是当前的发展趋势。

发动机的压缩比发动机的压缩比提高，热效率增加，使发动机动力性、经济性得以改善，发动机油耗率有所降低。

但汽油机压缩比提高到一定程度后，会产生爆燃，，并且会增加x NO 的排放量。

所以压缩比的提高有一定的限度，提高汽油机压缩比的措施主要有：（1）改进燃烧室和进气系统，提高发动机结构的爆燃极限。

（2）使用爆燃传感器，自动延迟产生爆燃时的点火提前角。

（3）喷水抗爆。

（4）开发高辛烷值汽油。

选用小排量发动机、提高发动机的负荷率由发动机的负荷特性可知，在转速一定的条件下，负荷率在80%~90%时，有效耗油率最低。

发动机在中等转速较高负荷率下工作时，其燃料经济性较好。

一般汽车在水平良好路面上，以常用速度行驶时，只利用到相应转速下发动机最大功率的20％左右。

由此可见，在汽车大部分使用中，发动机的负荷率都是较低的，因此，在保证动力性足够的前提下，汽车上不宜装用大功率的发动机，以提高发动机的功率利用率，降低汽车的燃油消耗量。

改善发动机的燃烧过程为了改善汽油机的燃烧过程，主要趋向是采用稀薄混合气分层燃烧，其空燃比可达18以上，既能显著提高燃油经济性，又可以降低排放污染。

变速器类型的影响目前在汽车上应用最广泛的仍然是机械式手动变速器，但随着人们对汽车乘坐舒适性、操纵简便性以及起步平稳性要求的增加，自动液力变速器(AT)和更先进的机械无级变速器(CVT)的应用也越来越广泛。

汽车装用自动液力变速器后，由于液力变矩器的传动效率低，其燃油经济性有所下降。

近年来，为了节油和进一步提高动力性，自动液力变速器的档位数有所增加，一般为四个档；在有的档位（如三档）进行功率分流，即较大部分功率不经过液力变矩器而直接经输出轴输出；高档装有锁止离合器，离合器锁止时完全消除了滑转，提高了传动效率，从而提高了燃油经济性。

有数据表明，由于自动液力变速器使发动机在较佳工况下运转，所以装用自动液力变速器的汽车的油耗有时比装用手动变速器时还要低。

装用机械无级变速器(CVT)的汽车的燃油经济性与操控良好的手动变速器相当，优于自动液力变速器。

有级变速器档数和超速档应用的影响在一定的行驶条件下，变速器应尽量用较高档位，这样发动机的负荷率较高，有效燃料消耗率较低，所以汽车燃油消耗量较低。