2.3 汽车燃油经济性的影响因素

汽车理论 2.1 汽车燃油经济性的评价指标

2.3 汽车燃油经济性的影响因素

前面讨论得到汽车行驶的燃油消耗量为

Qs=Pb 1.02uaρg

CFb 或 Qs=

式中 C——常数； ηT

F—— 行驶阻力，F=Ft+Fw。

由上式可知，等速百公里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，一方面取决于发动机的种类、设计制造水平；另一方面又与汽车行驶时发动机的负荷率有关。下面分别从汽车使用和结构两个方面，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。

图2-4是一美国中型轿车在EPA城市和EPA公路循环工况中的燃油化学能与汽车各处消耗能量的平衡图。由图可以看出：汽车燃油消耗除与行驶阻力(滚动阻力与空气阻力)、发动机燃油消耗率以及传动系效率有关之外，还与停车怠速油耗、汽车附件（空调等）消耗及制动能量损耗有关。在城市循环工况中，后三个因素的影响相当大，它们消耗的能量总计达燃油化学能的25.2％。但传统结构的汽车在这些方面尚未找到突破性的提高燃油经济性的措施。

2.3.1 汽车使用方面

2.3.1.1 汽车行驶速度

汽车满载在良好路面上行驶时，存在一个使得等速燃料消耗最小的车速，即技术经济车

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速。车速高于或低于经济车速，汽车等速油耗均上升。不同车型的经济车速可通过试验得到。

由图2-1可以看出，汽车在接近于低速的中等车速时燃油消耗量Qs最低，高速时随车速增加Qs迅速加大。这是因为在高速行驶时，虽然发动机的负荷率较高，但汽车的行驶阻力增加很多而导致百公里油耗增加的缘故。

2.3.1.2 挡位选择

在一定道路上，汽车用不同排挡行驶，燃油消耗量是不一样的。显然，在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但挡位越低，后备功率越大，发动机的负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，而使用高挡时的情况则相反。

汽车在良好路面上行驶，在一定的行驶状态下，即可使用次高挡，也可用最高挡，但用最高挡时较节约燃料。为了节约燃料，在节气门开度不超过90%的条件下，应尽可能使用最高挡。

汽车上坡行驶时，应及时减挡。减挡过早，不能充分利用汽车惯性爬坡；减挡过晚，车速降低过多，常需要多换一次挡，增加油耗。

2.3.1.3 挂车的应用

可提高运输生产率和降低成本（如降低燃油消耗量）。如“解放”牌CA10B汽车经常拖挂4.5～5t挂车，行驶于坡度小于8％、最大坡度小于 11％的道路上，生产率可提高 30％~50％，油耗可降低 20％~30％（以100t·km计）。拖带挂车后，虽然汽车总的燃油消耗量增加了，但以100t·km计的油耗却下降了，即分摊到每吨货物上的油耗下降了。拖带挂车，节省燃油的原因有两个，一是带挂车后阻力增加，发动机的负荷率增加，使燃油消耗率 b 下降；另一个原因是汽车列车的质量利用系数(即装载质量与整车整备质量之比)较大。

2.3.1.4 正确地保养与调整

汽车的调整与保养影响发动机的性能与汽车行驶阻力，所以对百公里油耗有相当影响。 一般驾驶员常用滑行距离来检查底盘的技术状况。当汽车的前轮定位正确，制动器摩擦片与制动鼓有正常的间隙，轮胎气压正常，各相对运动零部件滑磨表面光洁、间隙恰当并有充分的润滑油时，底盘的行驶阻力减小，滑行距离便大大增加。阻力较小的装载质量为 2.5t 的汽车，在良好水平道路上以30km/h 的车速开始摘挡滑行，滑行距离应达 200~ 250m。当滑行距离由200m 增至250m 时，油耗可降低7％。

2.3.2 汽车结构方面

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

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进，可以大大节约用油。下面介绍发动机、传动系、汽车外形等方面与燃料经济性的关系。

2.3.2.1 缩减轿车总尺寸和减轻质量

大型轿车费油的原因是大幅度地增加了滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力，因此影响燃油经济性。减小汽车质量是降低油耗最有效的措施之一。为了保证高动力性而装用的大排量发动机，行驶中负荷率低也是原因之一。

为了减轻质量，轿车选用材料中的铝与复合材料的比例日益增加。

减小汽车质量方面采取的措施主要有：采用高强度轻材料，如高强度低合金钢、铝合金、塑料、树脂和各种纤维强化等材料制造汽车零件；改进汽车结构，如采用前轮驱动、承载式车身等，以及各种零件的薄壁化和小型化。汽车的轻量化、小型化也是汽车工业的发展方向之一。

20实际90年代初，大量使用复合材料的所谓“复合材料汽车”，在西欧的销量为25万左右。预计这种轿车在西欧的产量，今后将以每年25％的比例增长。此类汽车在美国市场上的份额，目前已经达到30％以上。

2.3.2.2 发动机

由图2-4知，发动机的热损失与机械损耗占燃油化学能的65％左右。提高发动机经济性的主要途径:

（1）提高现有汽油发动机的热效率与机械效率。

（2）扩大柴油发动机的应用范围。

（3）增压化（目前常提供选用的增压汽油机，采用增压的柴油机已很普遍）。

（4）广泛采用电子计算机控制技术（目前各国电喷式汽油机的产量已达世界汽油机总产量的90％左右）。

2.3.2.3 传动系

传动系的挡位增多后，增加了选用合适挡位使发动机处于经济工作状况的机会。因此，近年来轿车手动变速器已基本上采用 5 挡，也有采用 6 挡的；轿车自动变速器广泛采用4挡或5挡，采用6挡的也日渐增多，甚至有采用7挡的；大型货车有采用更多挡位的趋势，如装载质量为4t的五十铃货车装用了7挡变速器，由专职驾驶员驾驶的重型汽车和牵引车，为了改善动力性和燃油经济性，变速器的挡位可多至10~16个。但不能为了提高性能而过多地增加有级式变速器的挡数，因为这将使传动系过于复杂，而且也不便于操作选用。

挡数无限的无级变速器，在任何条件下都提供了使发动机在最经济工况下工作的可能性。若无级变速器始终能维持较高的机械效率，则汽车的燃油经济性将显著提高。

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图2-5a是发动机的负荷特性，这些曲线的包络线是发动机提供一定功率时的最低燃油 消耗率曲线。利用此图可以找出发动机提供一定功率时的最经济工况(转速与负荷)。把各功率下最经济工况运转的转速与负荷率标明在外特性曲线图上，便得到“最小燃油消耗特性”，见图2-5b中的A1A2A3曲线。

有了发动机的“最小燃油消耗特性”，可进一步确定无级变速器的调节特性。无级变速 器的传动比i′与发动机转速n及汽车行驶速度之间有如下关系 i′=0.377nrn=A i0uaua

r。 i0式中，A对某一汽车而言为常数，A=0.377

′在一定道路上行驶时，如上所述，当汽车以速度ua

根据应提供的功率Pe=Pwψ+P

ηT，由“最小燃油消耗特

′ (当然，性”曲线可求出发动机经济的工作转速为ne

′时发出功率Pe′)。节气门也要作相应的控制，才能在ne

′与ne′代人上式，将ua即得无级变速器应有的传动比i′。

在同一ψ值的道路上，不同车速时无级变速器应有的

i′连成曲线便得到无级变速器的调节特性，见图2-6。AB为变速器最大传动比，ED为最小传动比。BC表示发动机转速为最大功率转速时i′与车速的关系曲线。AE表示发动机最低转速时i′与车速的关系曲线。AE与BCD曲线间所包含的曲线，表示在不同道路阻力下无级变速器的调速特性。

目前，在轿车上应用最广泛的无级变速器自动液力变速器(AT)，更先进的机械无级变速

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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，自动液力变速器的挡位数有所增加，一般为四个挡；在有的挡位（如三挡）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；高挡装有锁止离合器，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。

2.3.2.4 汽车外形与轮胎

降低CD值是节约燃油的有效途径。图2-7是

Audi 100轿车通过变动车身形状而具有不同CD的试

验结果。当CD值由0.42降低到0.3时，其混合百公里

燃油消耗可降低到9％，而以150km/h等速行驶的油

耗则可降低25％左右。

改善汽车外形，使车身形状近于流线型，以减小

空气阻力系数，可以减少行驶过程中特别是高速行驶

中的空气阻力，有显著的节油效果。某轿车空气阻力系数由0.5下降到0.3，可使油耗降低22%，预计在不久的将来，实际使用的轿车空气阻力系数可达0.2。

汽车轮胎的选用，主要影响动力性和经济性。公认子午线轮胎综合性能好，尤其滚动阻力小，与一般斜交胎相比可节油6%~8%。

小结

1. 汽车燃油经济性的评价指标：单位行驶里程的燃油消耗量QV[L/100km]、单位运输工作 量的燃油消耗量[L/100t·km]、消耗单位燃油所行驶的里程[MPG]

2. 汽车等速百公里油耗的计算： Qs=

3. 汽车燃油经济性的影响因素：

汽车结构因素：发动机方面（发动机的种类，发动机的压缩比，选用小排量发动机、提高发动机的负荷率，改善发动机的燃烧过程）、传动系的影响（变速器的类型、有级变速器挡数、Pbs 1.02uaρg

汽车理论 2.1 汽车燃油经济性的评价指标

主减速器传动比、传动系的机械效率）、汽车质量、汽车外形与轮胎。 汽车使用因素：汽车的技术状况、驾驶和使用技术水平、运行条件。