汽車燃料經(jīng)濟性

1、 汽車燃料經(jīng)濟性的評價指標汽車燃料經(jīng)濟性，是指汽車以最少的燃料消耗完成單位運輸工作量的能力。汽車發(fā)動機燃料經(jīng)濟性通常用有效燃料消耗率ge或有效效率e評價。但它們均不能反映發(fā)動機在具體汽車上的功率利用情況及行駛條件的影響。所以，它們不能直接用于評價汽車燃料經(jīng)濟性。為了評價汽車的燃料經(jīng)濟性，常選取單位行程的燃料消耗量（L/100km）或單位運輸工作的燃料消耗量（L/100tkm、L/tpkm）作為評價指標。前者用于比較相同容量的汽車燃料經(jīng)濟性，也可用于分析不同部件(如發(fā)動機、傳動系等)裝在同一種汽車上對汽車燃料經(jīng)濟性的影響；后者常用于比較和評價不同容載量的汽車燃料經(jīng)濟性。其數(shù)值越大，汽車的經(jīng)濟性越

2、差。汽車燃料經(jīng)濟性也可用汽車消耗單位量燃料所經(jīng)過的行程km/L作為評價指標，稱為汽車經(jīng)濟性因數(shù)。例如，美國采用每加侖燃料能行駛的英里數(shù)，即MPG或mile/usgal。其數(shù)值越大，汽車的燃料經(jīng)濟性越好。由于汽車在使用過程中，載荷和道路條件對汽車燃料的消耗影響很大，也可采用燃料消耗量Q(單位為L/100km)與有效載荷Ge(單位：t)之間的關(guān)系曲線，評價在不同道路條件下汽車燃料經(jīng)濟性，稱之為平均燃料運行消耗特性。 汽車燃料經(jīng)濟性試驗方法汽車燃料經(jīng)濟性試驗方法可根據(jù)對各種使用因素的控制程度分為不加以控制的路上試驗、控制的道路試驗、道路循環(huán)試驗(包括等油耗、加速、制動油耗等)、在汽車底盤測功器(即轉(zhuǎn)

3、鼓試驗臺)上的循環(huán)試驗。表3-2列出了影響汽車燃料經(jīng)濟性的使用因素。表3-2 影響汽車燃料經(jīng)濟性的使用因素行駛道路城市、市郊、一般公路、高速公路交通情況道路上行人、車輛構(gòu)成及車輛密集程度駕駛習慣平均車速、加速度及制動減速度，阻風門的使用情況周圍環(huán)境氣溫、風、雨、雪等對表3-2所列的各個因素都不加以控制的試驗，稱為“不控制的道路試驗”。在試驗條件中，對被試車輛的維護、調(diào)整規(guī)范及所用燃料、潤滑材料的規(guī)格都有明確的規(guī)定。由于各種使用因素的隨機變化，要獲得分散度很小的數(shù)據(jù)較難。為此，必須用相當數(shù)量的汽車(車隊)進行長距離(10000km16000km)的試驗，方能獲得可信度較高的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。由此可見，這

4、種試驗反映了車輛類型、道路條件、交通量、裝載質(zhì)量以及氣候等因素對汽車燃料消耗的影響。它可用于全面評價汽車使用燃料經(jīng)濟性，是一種非常接近實際情況的試驗。但這種試驗持續(xù)時間很長，試驗費用巨大，一般不被采用。過去我國汽車運輸企業(yè)采用的“使用油耗試驗”就是一種“不控制的道路試驗”。即在某地區(qū)的某汽車運輸部門中，把試驗車輛投入實際使用，在運行中認真記錄汽車行駛里程與油耗量，最后確定平均油耗量。這種試驗結(jié)果能較好地反映車隊的實際情況，但難以真正做到準確地測量，同時也浪費時間。因此，它適合車型單一的運輸企業(yè)使用。在道路試驗中測量油耗時，若維持表3-2中的一個或幾個因素不變，則稱作“控制的道路試驗”。例如，我

5、國海南試驗站進行的汽車質(zhì)量檢查試驗規(guī)定，應(yīng)在一般路面、惡劣路面和山區(qū)公路上測量百公里油耗，并對一些試驗路線作了有較明確規(guī)定。如指定在海口市秀英港以南，海榆中線3km處入口、9km處出口，一條通往石山鄉(xiāng)，全長18km的便道為試車的惡劣路面；海榆中線北起毛陽南至通什，總長25km的山道為試車的山區(qū)公路；而對一般路面，則僅指海南島上較好的平原公路，未明確規(guī)定路段。這就是一種“控制的道路試驗”。國外是在汽車試驗場的專用試驗道路上進行類似的油耗試驗。汽車完全按規(guī)定的車速-時間規(guī)范進行的道路試驗方法被稱為“道路循環(huán)試驗”。實驗規(guī)范中規(guī)定了換檔時刻、制動時間、速度、加速度、制動減速度等數(shù)值。等速行駛油耗試驗

6、和怠速油耗試驗是這類試驗中兩種最簡單的循環(huán)試驗方法。等速行駛百公里油耗試驗是一種在我國廣泛采用的最簡單的道路循環(huán)試驗。試驗規(guī)范規(guī)定，試驗在縱坡不大于的混凝土、瀝青道路，要求路面干燥、平坦、清潔、測量路段長度500m，兩端可方便地使汽車調(diào)頭。氣溫035，氣壓740mmHg770mmHg，相對溫度5095，風速小于3m/s。汽車技術(shù)狀況良好，試驗前，汽車必須充分預(yù)熱，使發(fā)動機出水溫度8090，變速器及驅(qū)動橋潤滑油溫度不低于50。試驗時，汽車用最高檔等速行駛，從車速20km/h開始，以車速10km/h的整倍數(shù)，直至該檔最高車速的80，至少測定5點。通過500m測量段，測定耗油量和時間，每種車速往返試

7、驗各兩次，兩次試驗之間的時間間隔(包括使車速達到預(yù)定的穩(wěn)定車速所需的助跑時間)應(yīng)盡可能地縮短，以保持穩(wěn)定的熱狀況。往返共四次試驗結(jié)果的油耗量差值不應(yīng)超過5，取四次試驗結(jié)果的平均值為等速行駛的耗油量。等速行駛?cè)剂辖?jīng)濟性不能全面考核汽車運行燃料經(jīng)濟性，它只能作為一種相對比較性的指標。因為等速燃料經(jīng)濟性試驗缺乏有關(guān)動力性要求的檢驗指標，容易造成試驗汽車的動力性要求與燃料經(jīng)濟性匹配不合理的現(xiàn)象；此外，等速行駛?cè)剂辖?jīng)濟性不能反映汽車實際行駛中頻繁出現(xiàn)的加速、減速等非穩(wěn)定行駛工況。我國針對載貨汽車、城市公共汽車和乘用車提出了相應(yīng)的燃料經(jīng)濟性試驗規(guī)范。載貨汽車“六工況燃料測試循環(huán)”、城市公共客車四工況（）方

8、法見表3-2至表3-3和圖3-1、圖3-2和圖3-3。試驗過程是，用儀器記錄行程-車速-時間曲線，檢查試驗參數(shù)。在每個試驗單元中，車輛終速度偏差應(yīng)小于，其它工況速度偏差，要求控制六工況的總行駛誤差小于。完成一個單元試驗后，盡可能迅速地調(diào)頭，從相反方向重復試驗。累計進行四個單元試驗，將此六工況循環(huán)或四工況循環(huán)的累計耗油量折算成算術(shù)平均百公里耗油量測定值?！俺擞密嚦鞘械妆P測功機試驗運轉(zhuǎn)循環(huán)”（）方法見表3-4至表和圖3-3。距離測量準確度應(yīng)為0.3%，時間測量的準確度為，燃料測量精度2，燃料測量裝置的進出口壓力和溫度變化不得超出10和5，環(huán)境溫度應(yīng)為535，大氣壓力應(yīng)為91kPa104kPa。表3

9、-2 六工況循環(huán)試驗參數(shù)表工況行程 m時間 s累計行程 m車速 km/h加速度 m/s212512540-175300405025055050-2508005060250105060-30013506040表3-3 城市客車和雙層客車四工況循環(huán)試驗參數(shù)工況序號運轉(zhuǎn)狀態(tài)km/h行程m累積行程m時間min變速器檔位及換擋車速km/h檔位換檔車速1025換檔加速II III6830IIIIV13155080IVV192170150V225120270V3(30) 2540160430V4減速行駛270700空檔注：1 對于5檔以上變速器采用II擋起步，按表中規(guī)定循環(huán)試驗；對于4擋變速器I檔起步，將I

10、V擋代替表中V檔，其他依次代替，則按表中規(guī)定試驗循環(huán)進行。 2 括號內(nèi)數(shù)字適用于鉸接式客車及雙層客車。表3-4 乘用車十五工況循環(huán)試驗參數(shù)工況運轉(zhuǎn)次序加速度速度每次時間累計時間手動變速器使用檔位運轉(zhuǎn)/工況/11 怠速-1111116s1)十5s22 加速0154415133 等速-158823144 等減速,離合器脫開10032856 怠速-21214916s十5s67 加速01512125418 換檔56-9 加速1532612710 等速-322424852811減速321081193212 減速離合器脫開100396913 怠速-212111716s十5s101

11、4 怠速0152626122115 換檔124-16 加速1535133217 換檔135-18 加速355014331119 等速50121215531220 等速50358816331321 等速-35131317631422 換檔-121217823 減速3210185224 減速離合器脫開1001881525 怠速-771957s1) PM指變速器在空檔，離合器接合。2) (或)指變速器掛1檔(或2檔)，離合器脫開。3) 如車輛裝備自動變速器，駕駛員可根據(jù)工況自行選擇合適的檔位。美國機動車工程師協(xié)會(SAE)曾推薦了四種道路循環(huán)，見圖3-4及表3-4。道路循環(huán)試驗在一定程度上反映了汽車

12、實際行駛工況。它具有數(shù)據(jù)重復性好，使用儀器簡單，花費時間少，消耗低等優(yōu)點。所以，現(xiàn)有使用這類方法的很多。在汽車底盤測功器上進行汽車燃料經(jīng)濟性測量是汽車制造商和汽車檢驗認證機構(gòu)常用的室內(nèi)試驗方法。這種試驗?zāi)芙柚妆P測功器模擬汽車行駛阻力與加速時慣性阻力等道路上的行駛工況。所以，可以按照很復雜的循環(huán)規(guī)范對汽車進行室內(nèi)試驗。若試驗間的氣溫也能控制，則室內(nèi)汽車測功器就能控制主要使用因素。 表3-4 SAE道路循環(huán)試驗規(guī)范行駛循環(huán)城市城郊州際州際開始試驗條件試驗地點長度，行駛時間,平均車速,最高車速,最大加速度，定速時間,加速時間,減速時間,怠速時間,每英里停車次數(shù)熱,車試驗道3219熱車試驗道8369

13、熱車試驗道756400熱車試驗道756400 圖3-5是美國環(huán)保局(EPA)CVS-C行駛循環(huán)(UDDS循環(huán))的速度-時間關(guān)系曲線。整個循環(huán)行駛時間為min，行程12km，平均車速km/h，最高車速km/h。它是根據(jù)美國洛杉磯市中心的交通情況擬定的，包括了一系列不重復的加速、減速、怠速和接近于等速的行駛過程。 用汽車測功器測量的油耗有以下優(yōu)點：在室內(nèi)試驗可不受外界氣候條件的限制；能控制試驗條件，周圍環(huán)境影響的修正系數(shù)可以減到最少；若能控制室溫，則可對不同氣溫條件的汽車工況進行模擬試驗；室內(nèi)便于控制行駛狀況，故能采用符合實際的復雜循環(huán)；可以同時進行燃料經(jīng)濟性與排氣污染試驗；能采用多種測量油耗的方

14、法，如質(zhì)量法、體積法與碳平衡法。用汽車底盤測功器測量油耗的方法尚需改進。例如，不易準確模擬道路滾動阻力和空氣阻力；室內(nèi)冷卻風扇產(chǎn)生的冷卻氣流與道路行駛的實際情況有差異；難以給出準確的慣性阻力。與其它方法相比，由于用汽車底盤測功器測量油耗的重復性好，能反映實際行駛時復雜的交通情況，能采用多種測量油耗方法，還能同時進行廢氣污染的測量，所以這種方法日益受到重視。 汽車燃料經(jīng)濟性的計算方法 汽車燃料經(jīng)濟性的計算方法 汽車燃料經(jīng)濟性的計算方根據(jù)每小時燃料消耗量Gr(kg/h)，可利用式（3-1）確定燃料消耗量Q(L/100km)為 (3-1) (3-2)式中：ua 車速，km/h；r燃料密度，汽油可取；

15、柴油可??；p發(fā)動機有效功率，kW；ge發(fā)動機有效油耗率，g/（kWh）。將式(3-2)代入式(3-1)，可得，L/100km (3-3)根據(jù)汽車功率平衡方程式為 = fr cos sin當較小時，cos1,i=tgsin，則 = fr i則 ，kW (3-4)將式(3-4 )代入式(3-2)，可得汽車燃料消耗方程式為 (3-5)式中： 傳動系機械效率；G汽車總重力(單位N),G=mg；道路阻力系數(shù)，； 空氣阻力系數(shù)；A汽車迎面面積，m2；汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。汽車燃料方程式表明其燃料消耗量與影響因素(發(fā)動機燃料經(jīng)濟性、汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)、行駛條件等)的關(guān)系。它全面地表述了汽車燃料經(jīng)濟性。在汽車研究和

16、開發(fā)中，常要在試驗樣車制成前，根據(jù)發(fā)動機臺架試驗得到的油耗曲線與汽車功率平衡圖，對汽車進行燃料經(jīng)濟性估算，其中最簡單和最基本的就是估算汽車等速行駛時的油耗。由功率平衡圖及負荷特性可找出行駛時發(fā)動機的油耗。圖3-6所示為由發(fā)動機臺架試驗得到的某發(fā)動機使用負荷特性。使用負荷特性給出了在發(fā)動機某一轉(zhuǎn)速時，不同有效功率(或負荷率)下的有效油耗率曲線。負荷率，是指在某一相同轉(zhuǎn)速下油門部分打開時發(fā)動機發(fā)出的功率與全開時(最大)功率之比，通常以百分數(shù)表示。若汽車以等速在平路上行駛，發(fā)動機應(yīng)輸出功率應(yīng)等于汽車阻力功率P，(見圖3-7a)，。此時，發(fā)動機負荷率U為若對應(yīng)車速的發(fā)動機轉(zhuǎn)速為，則根據(jù)和U便能在負荷特

17、性曲線上確定有效油耗率(見圖3-7b)。式中： 變速器相應(yīng)檔位的速比； 主減速器速比。、P、和代入式(3-3)，即可求出速度時汽車百公里油耗。若每隔求出相應(yīng)的百公里油耗，便可做出汽車等速百公里油耗曲線。按同樣的步驟也可作出汽車在有坡度的道路上()行駛時的等速油耗曲線(見圖3-7c)。目前廠家提供的負荷特性常是在發(fā)動機沒有帶附件的條件下測得的，因此，應(yīng)對計算所得到的等速油耗予以修正。有時也用發(fā)動機萬有特性來計算汽車等速油耗，見圖3-8。還可以在動力特性圖上畫上“等百公里油耗曲線”，該曲線稱為行駛特性。它能全面反映汽車在各種檔位下行駛時的百公里油耗。 由于轉(zhuǎn)矩只能表示一臺發(fā)動機性能產(chǎn)生的總的驅(qū)動效

18、果，而不能表現(xiàn)發(fā)動機的工作特征，所以萬有特性的縱坐標軸機械損失的大小及有效壓力的比例標尺。因能綜合地反映發(fā)動機工作循環(huán)進行的完善程度、機械損失的大小及其強化水平。同樣，發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne也是作為計算驅(qū)動效果的絕對值，為了反映發(fā)動機高速水平，萬有特性的橫坐標軸也常附有平均活塞速度的比例刻度。此外，有時在特性圖上還畫上表示發(fā)動機熱負荷的“等單位活塞面積功率曲線”。利用萬有特性計算汽車在一定道路上行駛的等速油耗，首先是根據(jù)某一行駛車速求出相應(yīng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne，即, r/min式中： 變速器傳動比； 主減速器傳動比；r車輪半徑，m。由道路行駛阻力功率求出發(fā)動機的扭矩，Nm根據(jù)、，在萬有特性圖上查出曲線值，并

19、求出百公里油耗為, L/100km同理,可求出對應(yīng)不同行駛車速的汽車等速百公里油耗。選取不同的車速和檔位,就可在功率平衡圖或驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖或動力特性圖等百公里油耗曲線圖族。上述的計算方法主要依靠發(fā)動機使用負荷特性圖或者萬有特性圖完成的。汽車的等速行駛油耗也可采用經(jīng)驗擬合公式來計算。計算方法概括如下：已知(,),1,2,以及汽車的有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和道路條件(和)，求作出等速油耗曲線。根據(jù)給定的各個轉(zhuǎn)速和不同功率下的比油耗值,采用擬合的方法求得擬合公式。1) 由公式計算找出和對應(yīng)的點(,),(,),.,(,)。2) 分別求出汽車在水平道路上克服滾動阻力和空氣阻力消耗功率和。3) 求出發(fā)動機為克

20、服此阻力消耗功率。4) 由和對應(yīng)的,從計算。5) 計算出對應(yīng)的百公里油耗為6) 選取一系列轉(zhuǎn)速，.，,找出對應(yīng)車速，。據(jù)此計算出。把這些的點連成線, 即為汽車在一定檔位下的等速油耗曲線,為計算方便,計算過程列于表3-6。表3-6等速油耗計算方法,r/min計算公式.,km/h.,.,.,g/(kWh).,L/100km.由于等速油耗僅反映了汽車的穩(wěn)態(tài)工況，而在實際行駛中汽車常為非穩(wěn)態(tài)工況。因此，在分析汽車燃料經(jīng)濟性時，除等速百公里油耗曲線外，還常用數(shù)值計算法確定按某行駛工況循環(huán)試驗行駛時的總平均百公里油耗量。為此，必須進行加速、減速以及停車怠速的耗油量的計算。減速及停車怠速時的耗油量，可根據(jù)試

21、驗得到的怠速油耗量()和循環(huán)中的減速行駛與停車怠速運轉(zhuǎn)的時間，求得它們的耗油量。由于加速過程中系統(tǒng)的加濃作用等，加速時發(fā)動機的有效油耗率比穩(wěn)態(tài)工況的略大。為了計算方便，在計算加速油耗時，仍常用穩(wěn)態(tài)工況的值來換算。等加速行駛時的油耗為其中 可見，汽車以等加速在道路阻力系數(shù)的道路上行駛的燃料經(jīng)濟性，可用汽車在當量道路阻力系數(shù)下穩(wěn)定行駛的燃料經(jīng)濟性近似表示。在等加速行駛的油耗曲線下面畫上加速過程曲線(在縱坐標上加上時間坐標)，則在對應(yīng)于等的速度間隔中，其平均加速度為而在時間間隔中的絕對油耗為式中：、和分別為在、和時間間隔的平均速度，km/h。由此，即可求出整個加速過程中的絕對油耗為汽車加速過程的油耗

22、計算方法是，首先把加速阻力作為道路阻力作出()，再根據(jù)()和(加速過程)圖分別求出各不同加速度時的油耗值。分段越細，結(jié)果越準確。最后把各段相加，就是整個加速過程耗油量，再加上等速、減速、停車怠速等各種行駛狀態(tài)的耗油量，就可以按預(yù)定循環(huán)工況試驗程序估算出汽車燃料經(jīng)濟性。這種估算在設(shè)計試驗樣車階段是十分必要的。計算某一具體條件下的汽車燃料消耗量也可采用定額計算法,它是一種能反映運輸工作量的計算方法。汽車運行燃料消耗量的影響因素，除汽車結(jié)構(gòu)、工藝水平、車況外，尚有道路、載荷、運距、環(huán)境條件(如氣溫、風、雨、霧、交通情況等)及駕駛水平等，其中包括隨機因素、自然因素和人為因素。為了全面地建立數(shù)學表達式，需要考慮可等級化和數(shù)量化的因素，如道路、載荷、氣溫、海拔高度等。交通因素將在道路分類中予以考慮，而車況、駕駛水平等因素，盡管它們對運行燃料消耗也有較大影響，但計算時將其視為一般正常水平，而不予以考慮。對風、雨、霧等特殊環(huán)境因素，由于它們的影響是局部的、地區(qū)性的