9汽车燃油经济性(5)

第9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方法，理解影响燃油经济性的汽车结构因素和使用因素。

石油是现代工业，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石油产品。随着工业的发展，车辆的增多，使用石油产品越来越多。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。

9.1 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有以下三种。

9.1.1 单位行驶里程的燃油消耗量

当燃油按质量计算时，用符号m Q 表示燃油消耗量，其单位为kg/100km 。当燃油按容积计算时，用符号V Q 表示燃料消耗量，其单位为L/100km 。

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。

9.1.2 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。

9.1.3 消耗单位燃油所行驶的里程

美国采用消耗单位燃油所行驶的里程的评价方法，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。

9.2 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。

9.2.1 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

γ

a e V u Pg Q 02.1= (9.1)

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9.1 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9.1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9.1a 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

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9.1b)。

汽车行驶l00km ，发动机应作的功为

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 ，按同样的方法，也可算出在有坡度的道路上行驶时的等速油耗曲线(见图

9.1c)。

9.2.2 汽车等加速行驶油耗的计算方法

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

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(36722dt

du g G Au C G g Q a D T e V δψγη++= (9.2) 令 dt du

g δψψ+='

则 )15

.21(36722a D T e V Au C G g Q +'=ψγη (9.3)

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方法进行分析。

前面在介绍等速行驶百公里油耗计算方法时，曾作出在一定坡道上(如1ψ、2ψ、3ψ，…)

油耗曲线(图9.1c)。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 δ

ψ='（dt

du 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9.2所示。

图9.2 等加速行驶的油耗曲线

图9.3 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9.3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 ∆∆=，… ，3

33t u j ∆∆= 而在1t ∆与3t ∆时间间隔中的绝对油耗为

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方法分成三个步骤：

（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。

9.3 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