汽车燃料经济性计算(教案)

K K ri Kh i K t i K γi
式中： Kri —该运行条件下道路修正系数； Khi —该运行条件下海拔高度(大气压力)修正系数, Khi 1 0.0021(P -100) , P 的单位为 kPa；
3-11
Kti —该运行条件下气温修正系数, Kti 1 0.0025(20 - T ),T 的单位为℃； Kγi — 燃 料 密 度 修 正 系 数 ， 对 于 汽 油 Kγi 1 0.8(0.742 - g ) ， 对 于 柴 油
耗曲线”，该曲线称为行驶特性，
它能全面反映汽车在各种挡位下行
驶时的百公里油耗。
由于扭矩 Me 只能表示一台发动
图 2-9 发动机万有特性图
机性能产生的总的驱动效果，而不能表现发动机的工作特征，所以万有特性的纵坐标轴是机
械损失的大小及有效压力 P 的比例标尺。因 P 能综合地反映发动机工作循环进行的完善程度
cosa
3-1
Pi
Fiva 3600
va 3600
G
sin a
Py
Fy va 3600
va 3600
G
fr
cosa
ﾱ sina
y f r cosa sina
当a 较小时， cosa 1， i tana ﾱ sin a ﾱa ，则
y fr ﾱi
Py
va 3600
Gy
Pw
Fw va 3600
图 2-7 所示为由发动机台架试验得到的某发动机使用负荷特性，由功率平衡图及负荷特 性可找出行驶时发动机的油耗。使用负荷特性给出了在发动机某一转速 ne 时，不同有效功率 P e (或负荷率)下的有效油耗率 ge 曲线。负荷率，是指在某一相同转速下油门部分打开时发动 机发出的功率与全开时(最大)功率之比，通常以百分数表示。
QS f (v a ) 等速油耗曲线。根据给定的各个转速 ne 和不同功率下的比油耗 ge 值，采用拟合的 方法求得拟合公式 ge f (P2, ne ) 。
3-6
第一步：由公式
va
0.377 ner iki0
计算找出 va 和 ne 对应的点( n1 , va1 ),( n2 , va2
),......,( nm , vam
Pe —发动机有效功率，kW； ge —发动机有效油耗率，g/（kwh）； g—重力加速度，m/s2。
将式(2-2)代入式(2-1)，可得
根据汽车功率平衡方程式
QS
Pe ge 1.02va
，L/100km
(2-3)
Pe
1 t
Pr Pi Pw Pj
Pr
Fr va 3600
va 3600
Gf
r
选取不同的车速 va 和挡位，就可在功率平衡图或驱动力-行驶阻力平衡图或动力特性图
等百公里油耗曲线图族。 上述计算方法主要依靠发动机使用负荷特性图或者万有特性图完成的。汽车的等速行驶
油耗也可采用经验拟合公式来计算。 计算方法概括如下： 已知( nei , Pi , gei ), i 1,2,……, n ,以及汽车的有关结构参数和道路条件( fr 和 i )，求作出
计算某一具体条件下的汽车燃料消耗量也可采用定额计算法，它是一种能反映运输工作 量的计算方法。
汽车运行燃料消耗量的影响因素，除汽车结构、工艺水平、车况外，还有道路、载荷、运距、 环境条件(如气温、风、雨、雾、交通情况等)及驾驶水平等，其中包括随机因素、自然因素和人 为因素。为了全面地建立数学表达式，需要考虑可等级化和数量化的因素，如道路、载荷、气 温、海拔高度等。交通因素将在道路分类中予以考虑，而车况、驾驶水平等因素，尽管它们对 运行燃料消耗也有较大影响，但计算时将其视为一般正常水平，而不予以考虑。对风、雨、雾 等特殊环境因素，由于它们的影响是局部的、地区性的，而且也难于等级化和数量化，其影 响可根据实际情况在制定燃料消耗定额时确定。
图 2-7 汽车发动机负荷特性
若汽车以
v
' 2
等速在平路上行驶，发动机应输出功率应等于汽车阻力功率
P'
，(见图
2-
8a)，。此时，发动机负荷率U ' 为
U'
P PS
100%
3-3
图 2-8 用功率平衡与负荷特性计算汽车等速百公里油耗 (1PS=735.49W；y＝fr i ) 若对应车速 va' 的发动机转速为 ne ，则根据 ne 和U ' 便能在负荷特性曲线上确定有效油耗
CD Ava3 21.15 ﾱ 3600
Pj
Fjva 3600
d Gva 3600g
dv dt
则
Pe
va 3600t
� � �Gy
CD Ava2 21.15
dG g
dv dt
� � �，kW
将式(2-4 )代入式(2-2)，可得汽车燃料消耗方程式为
(2-4)
QS
ge 3672T
� � �Gy
CD Ava2 21.15
Kγi 1 0.8(0.830 - d ) ； g和 d —汽油和柴油在气温为 20℃、气压为 100kPa 时的密度，单位为 g/mL。 大型载客汽车运行燃料消耗量计算式为
第五步：计算出对应的百公里油耗 QS 为
QS
Pe ge 1.02va
第六步：选取一系列转速 n1 ， n2 ， n3 ， n4 ，......， nm ,找出对应车速 va1 ， va2 ， va3 ， va4
……， vam 。据此计算出 QS1,QS2 ,QS3,QS4,,QSm 。 第七步：把这些 QS － va 的点连成线, 即为汽车在一定挡位下的等速油耗曲线，为计算方
dG g
dv Hale Waihona Puke Baidut
� � �
(2-5)
汽车燃料消耗方程式可表明汽车燃料消耗量与影响因素(发动机燃料经济性、汽车结构参
数、行驶条件等)的关系，它全面地表述了汽车燃料经济性。 在汽车研究和开发中，常要在试验样车制成前，根据发动机台架试验得到的油耗曲线与
3-2
汽车功率平衡图，对汽车进行燃料经济性估算，其中最简单和最基本的就是估算汽车等速行 驶时的燃料消耗量。
第二章 汽车燃料经济性
第二节 汽车燃料经济性的计算方法
根据每小时燃料消耗量 GT (kg/h)，可利用式（2-1）确定燃料消耗量 QS (L/100km)为
Qs
100gGT va
L/100km
(2-1)
GT
Pe ge 1000
,
kg/h
(2-2)
式中： va —车速，km/h；
—燃料重度，汽油可取 6.96~7.15N/L；柴油可取 7.94~8.13N/L；
Dv1 , dv2 Dt1 dt2
Dv1 , dv3 Dt1 dt3
Dv3 dvn
Dt3
dtn
Dvn Dtn
。
在 Dt1和Dt3 时间间隔中的绝对油耗为
DQs1
1 3.6 ﾱ105
va1Qs1Dt1 ,
L
DQs 2
1 3.6 ﾱ105
va 2Q2Dt2 ,
L
…………
DQs n
1 3.6 ﾱ105
va nQnDtn ,
便，计算过程列于表 2-9。
表 2-9 等速油耗计算方法表
3-7
ne ，r/min
计算公式
n1
n2
n3
n4
...
nm
va ，km/h
0.377 rne
va1
va 2
va 3
va 4
iki0
...
va m
Pr ，kW
mgf r va
Pr1
Pr 2
Pr 3
Pr 4
...
Pr m
3600
Pw ，kW
CD Ava3
L
式中： va1 、 va2 和 va n ─在 Dt1 、 Dt2 和 Dtn 时间间隔的平均速度，km/h。
由此，即可求出整个加速过程中的绝对油耗为
Q SDQi , L 汽车加速过程的油耗计算方法是，首先把加速阻力作为道路阻力作出 Q - va (y1,y 2 ,)，
3-9
再根据 Q - va (y 1,y 2 , )和 t - va （加速过程）图分别求出各不同加速度时的油耗值。分段 越细，结果越准确。最后把各段相加，就是整个加速过程耗油量，再加上等速、减速、停车怠 速等各种行驶状态的耗油量，就可以按预定循环工况试验程序估算出汽车燃料经济性。这种 估算在设计试验样车阶段是十分必要的。
3-5
相应发动机转速 ne ，即
ne
ikiova 0.377r
r/min
由道路行驶阻力功率求出发动机的扭矩
Te
9549Pe ne t
，N·m
根据 Te、 ne ，在万有特性图上查出 ge 曲线值，并求出百公里油耗 QS 为
QS
i0ik M e ge 3672r
,
L/100km
同理，可求出对应不同行驶车速 va 的汽车等速百公里油耗 QS 。
Pw 1
Pw 2
Pw 3
Pw 4
...
Pw m
76140
Pe ，kW
(Pw Pr )
P1
P2
P3
P4
...
Pm
t
ge ，g/(kWh)
ge1
ge 2
ge3
ge 4
...
ge m
QS ，L/100km
Pge
QS1
QS 2
QS 3
QS 4
...
QS m
1.02va
由于等速油耗仅反映了汽车的稳态工况，而在实际行驶中汽车常为非稳态工况。因此，
机械损失的大小及其强化水平。同样，发动机转速 ne 也是作为计算驱动效果的绝对值，为了
反映发动机高速水平，万有特性的横坐标轴也常附有平均活塞速度的比例刻度。此外，有时
在特性图上还画上表示发动机热负荷的“等单位活塞面积功率曲线”。 利用万有特性计算汽车在一定道路上行驶的等速油耗，首先是根据某一行驶车速 va 求出
率 ge (见图 2-8b)。
P'
va' 3600t
� � �Gy
CD Ava'2 21.15
dG g
dv dt
� � �
va'
0.377
ner iki0
式中， ik —变速器相应挡位的速比。
将 va'
、
P
、
g e
、P'、
g
' e
和
代入式(2-3)，即可求出速度
v
' a
时汽车百公里油耗。
若每隔 10km/h 求出相应的百公里油耗，便可做出汽车等速百公里油耗曲线 QS - va 。
为了计算方便，在计算加速油耗时，仍常用稳态工况的 ge 值来换算。
等加速行驶时的油耗为
QS
Pe ge 1.02v a
ge 3672t
� � �Gy
CD Ava2 21.15
dG g
dv dt
� � �
ge 3672t
� � �Gy
ﾱ
CD Ava2 21.15
� � �
3-8
其中
y ﾱy
d g
dv dt
汽车运行燃料消耗量的计算式可用于计算汽车在不同运行条件下运行时所消耗的燃料限 额，以限制和考核汽车运行燃料经济性。它由汽车基本运行燃料消耗量和汽车运行条件修正
3-10
系数两部分构成。 载货汽车运行燃料消耗量计算式为
n
Q qa qbWi qc Δ mSiK /100 i 1
式中： qa —汽车空驶基本燃料消耗量，单位为 L/100km； qb — 货 物 ( 旅 客 ) 周 转 量 的 基 本 附 加 燃 料 消 耗 量 ， 单 位 为 L/(100t·km) 或 L/
,y
fr
ﾱi 。
可见，汽车以等加速
dv dt
在道路阻力系数y
的道路上行驶的燃料经济性，可用汽车在当
量道路阻力系数y 下稳定行驶的燃料经济性近似表示。
在等加速行驶的油耗曲线下面画上加速过程曲线(在纵坐标上加上时间坐标)，则在对应
于 Dt1, Dt2, Dtt3,, 等的速度间隔中，其平均加速度为
dv1 dt1
)。
第二步：分别求出汽车在水平道路上克服滚动阻力和空气阻力消耗功率 Pr 和 Pw 。
Pw
Fw va 3600
CD Ava3 21.15 ﾱ 3600
Pr
Frva 3600
va 3600
Gf
r
cos a
第三步： 求出发动机为克服此阻力消耗功率 Pe 。
第四步：由 ne 和对应的 Pe ，从 ge f (P2, ne ) 计算 ge 。
按同样的步骤也可作出汽车在有坡度 i 的道路上(y fr i )行驶时的等速油耗曲线(见图
2-8c)。
3-4
目前厂家提供的负荷特性常是在发动机没有带附件的条件下测得的，因此，应对计算所
得到的等速油耗进行修正。 有时也用发动机万有特性来计
算汽车等速油耗，见图 2-9。还可以
在动力特性图上画上“等百公里油
(kp·km)； qc —整备质量变化的基本附加燃料消耗量，单位为 L/(100t·km)； Wi —该运行条件下汽车的载质量，单位为 t； Dm —汽车整备质量增量，其值为汽车实际整备质量(包括挂车整备质量)与本标准
给出的汽车整备质量 m0 之差，单位为 t； Si ─该运行条件下汽车行驶里程，单位为 km； K －运行条件修正系数。
在分析汽车燃料经济性时，除等速百公里油耗曲线外，还常用数值计算法确定按某行驶工况
循环试验行驶时的总平均百公里油耗量。为此，必须进行加速、减速以及停车怠速的耗油量的
计算。 减速及停车怠速时的耗油量，可根据试验得到的怠速油耗量 (L/h)和循环中的减速行驶与
停车怠速运转的时间，求得它们的油耗量。 由于加速过程中系统的加浓作用等，加速时发动机的有效油耗率 ge 比稳态工况的略大。