浅谈提高汽车燃油经济性的几点措施
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【摘要】影响汽车燃油
经济
性的因素是多方面的,影响汽车燃油经济性的重要因素是发动机
性能,同时还有其它因素的影响,包括汽车的构造、驾驶技术和道路情况等。提高汽车的燃油
经济性可以从改进汽车的技术状况、掌握一定的驾驶技术等方面入手。目前广泛采用的混合
动力技术、先进内燃机技术、无级变速器、稀燃技术等;车身流线形设计,轻量化材料的使用
等从技术层面上很好地提高了燃油经济性。
【关键词】发动机性能 汽车技术状况 驾驶技术
汽车燃油经济性是汽车的一个重要性能。目前世界上评论汽车燃油经济性一般用耗油量
或油行程来表示。 耗油量是指汽车满载时单位行驶里程所需燃油体积。我国和欧洲都用行
驶百公里消耗的燃油数(L)来表示,即L/ 100 km;油行程是指汽车满载时,单位体积燃油
所能行驶的里程,美国就是用每加仑燃油能行驶的里程数来表示,即m ile/gal(英里/加
仑)。前一种表示法,数值越小,燃油经济性越好;后一种表示法,数值越大,燃油经济性
越好(换算关系:1加仑=4. 546 L,1英里=1.609 km)。汽车燃油经济性关系到个人和运输
企业
的经济利益,在汽车说明书中大概最引人注意的技术规格也是燃油消耗。如何节约能源
和减少消耗能源时产生的温室效应的副作用,降低汽车燃油消耗似乎就成了汽车制造者和使
用者的一个永恒的研究课题。结合课本的理论以及各种资料中搜集的资料,对提高燃油经济
性的对策提出粗略的个人观点。
一、燃油经济性的影响因素
1.发动机与油耗的关系
说到发动机与油耗的关系,有的人往往把油耗的大小与发动机的排量联系在一起,认为
大排量的发动机的油耗会大于小排量的发动机。实事不尽然, 先简单的举一个例子:一个
1.6发动机跑100公里要跑40000转,而换成3.0,1000多转就可以了。他工作循环少,效
率不一定比1.6的更费油。 所以说发动机的动力和车要有一个合理的匹配,让车在一个最
舒服的功况下运转,它才省油。 1、发动机进气系统 发动机有两气门的、四、五气门的。
气门多,进气效率越好。 2、燃油控制系统 化油器控制的精确度,导致了里面的燃油或
多或少,或者是燃烧得不充分。到后面就是单点电喷,或者是多点电喷。现在发展到缸内直
喷,例如大众的TSI和TFSI技术,对燃油的控制越来越精确,对燃油的利用越来越充分。 3、
速比 变速箱的速比和差速器的速比。 这牵扯到发动机的转速,发动机的转速越高,在走
相同里程的时候,运转
的次数越来越高。不利于节油。如果速比稍微小一点,转速稍微低一
点的话,就可以省油。动力性差了,油耗就好了,这是相互矛盾的。
2.轮胎与油耗的关系
轮胎作为汽车的关键承载部件之一,承受车辆负荷、向路面传递驱动力和制动力等作用。
因此,轮胎也能影响汽车的燃油经济性、操纵性和安全性。胎面上的花纹是轮胎与路面直接
接触的唯一部位,从表面上看起来,它的形状、排布不过是简单的直线与弧线的组合,事实上
这里边蕴藏着轮胎科技的精华,直接影响着轮胎的抓地力和胎噪、滚动阻力等性能。
首先要明确的是,一切节省油耗的措施,都是在保证车辆安全行驶的前提下采取的,尤
其是在选择轮胎方面。要想弄明白轮胎耗油的原因,首先要了解轮胎的滚动阻力。轮胎的滚
动阻力是怎么产生的呢?当车辆行驶时,施加在轮胎上的负载会导致轮胎变形。由于制作轮
胎的橡胶是具有粘弹特性的,所以当轮胎因运动而变形时,这种类型的材料会损失部分能量
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并转化为热能。轮胎因运动而变形,不断造成能量损失,这就是产生轮胎滚动阻力的主要原
因,大约占到轮胎全部滚动阻力的90%~95%。很明显,只要降低了轮胎的滚动阻力,整
个汽车受到的阻力就会下降,由此就可达到降低油耗的目的。怎样才能做到既减少轮胎的滚
动阻力,又不影响轮胎的抓地性能呢?
一般来讲,整车厂商在设计生产一款车型前,都会做大量的实验,为车辆匹配不同的轮
胎,使其达到比较经济省油的状况。因此,原车配套的轮胎应该是比较省油的,最好不要轻
易更换。但是由于批量生产的缘故,整车生产商很难将性能最好或最节省燃油的轮胎配套在
量产的车型上,因此,为了进一步得到较低的油耗,您可以选择一些较先进的节能轮胎。
值得提醒的是,如果想要提高车辆抓地力,那么换装的轮胎在耐磨度及噪声方面就会表
现差一些。而换耐磨轮胎,它为车辆提供的牵引力就会弱一些。高扁平率的轮胎感觉舒适,
但路感会差,车辆转弯侧向抵抗力差。与此相反,低扁平率的轮胎使车辆具有更好的操控性,
但是要以牺牲一些乘坐舒适性为代价。因此车主在选轮胎时一定要清楚自己的需求和目的是
什么,这样才会针对性更强。
不同类型花纹的轮胎的燃油消耗率不同,折线花纹轮胎比一般花纹要省油。节油轮胎可
省油。节油轮胎比起同规格产品来说,在负载不变的情况下滚动阻力值平均降低21%至24%。
由于每减少3%-5%的滚动阻力就能节约1%的燃油消耗,因
此,如果一部车使用四条节油轮胎,
平均可降低约5%的汽车燃油量。
给轮胎充氮气已经不是什么新鲜事儿了,为轮胎充入氮气不仅是为了安全,同时也能够
节省一部分的油耗。
3.传动系与油耗的关系
汽车的传动系对汽车的燃油经济性有重要影响。为了判断传动比与发动机匹配是否合
理,通常,把在一定使用条件下,发动机的常用工况区与发动机万有特性画在同一坐标系上,
考察常用工况区与最低油耗区接近(重叠)情况,见图1-1。经运行工况调查,可知常用的
车速和档位,从中可确定相应的转速范围为
2
1
~
e
e
n
n
,相应的功率范围为
2
1
~
e
e
P
P
,则可在万
有特性图上表示出常用工况区A。若A区与偏离万有特性最低油耗区,可进行调整,使常用
工况在B区或C区则为佳。
图1-2为某型汽车的发动机万有特性图和不同主减速比(变速器为最高档)常用工况区图。
原车主减速比
2
.
5
0
=
i
,最常用工况时发动机转速为1500~2000r/min,有效比油耗为240~
205g/(kW?h),见图中的点影线
A
区;当将主减速比改为3.84后,在长途运输中常用工况下
的转速移到1100~1500r/min,常用功率范围不变,有效比油耗降至210~200g/(kW?h),见
图中B区,减少10%。由于在新常用工况区B工作时,发动机转矩比原工况区提高39%,虽
然主减速比减少,仍有足够驱动力。
当主减速比一定时,在一定的道路条件下,汽车用不同排档行驶,油耗相差较大。显然,
在同样的道路和车速条件下,虽然发动机输出功率相同,但档位越低,后备功率越大,发动
机的负荷率越低,有效比油耗越高;而使用高档位时,情况则相反。所以,一般尽可能选用
高速档行驶。
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图
1-1
图1-2
变速器档位越多,不但汽车换档平顺,而且使发动机增加了处于经济工况下运行的机会,
有利于提高燃油经济性。因此现代汽车都趋向于5档或以上变速器,或者采用无极变速,保
证在任何条件下具有使发动机在最经济工况下工作的可能性。在速度不变的情况下,接合高
速档时,传动比小,发动机转速低;接合低速档时,传动比大,相应的发动机转速高。由发
动机负荷特性可知,当发动机负荷相同时,一般是转速越低燃油消耗率越小。在一定的行驶
条件下,传动系的速比越小,汽车的燃油经济性越高,因此汽车的经济行驶都在高档位。为
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了在良好路面条件下以较高车速行驶,轿车在变速器内装置速比小于1的超速档,在车速相
同的情况下,挂上超速档可使发动机转速比较低,相对也降低了燃油消耗。
传动系的传动比包括变速器各档速比和主减速器比,在良好的道路上行驶选用小速比的
主减速器可提高汽车的燃油经济性。但是,汽车上许多物体都有一个“临界点”问题,过头
就会走向反面。主减速器比也是一样,过小就会使最高档的动力性过低,反而会使汽车的燃
油经济性变坏,因此一般设计减速器传动比都有一个范围,使得挂直接档时仍有较大的后备
功率用于加速或上小坡
在一定的行驶条件下,传动系的速比越小,汽车的燃油经济性越高,因此汽车的经济行驶
都在高档位。自动挡变速箱,挡位越多越省油,无级变速CVT最省油。
4.风阻系数与油耗关系
车辆高速行驶中,最大的阻力就来自空气带来的阻力(风阻)。显而易见,风阻越大,
需要消耗的动能也就越多,车辆油耗也就相应增加。因此,通过良好的外形设计有效降低汽
车的风阻系数,也就同样成为了有效提高燃油经济性不可或缺的重要一环。统计数据显示,
风阻系数降低10%,油耗就会相应降低7%。
由于现代汽车速度的增高,汽车的造型对燃油经济性也有重要影响,车速越快影响越大。减小
空气阻力主要是通过减少汽车的迎风面积和空气阻力系数来实现,一般而言迎风面积取决于
汽车的体积,空气阻力取决于车身造型。为此,汽车车身紧凑化和流线型是提高燃油经济性的
途径。目前许多轿车的空气阻力系数在0.28-0.3左右,对减少燃油消耗起到很大作用。很多
人认为风阻只是一个微小的技术参数,但是在实际使用中它与耗油之间的关系非常大。一般
来说,车辆高速行驶中,最大的阻力就来自空气。因此风阻系数哪怕是0.01的降低油耗也会
带来很大的不同。
二、技术上改善燃油经济性的措施
汽车发动机的节油和车身轻量化或者汽车风阻系数不同,后两者车主对其办法不多,但
我们可以采取很多办法对汽车发动机进行控制,以达到节油的目的。与汽车发动机相关的节
油技术涉及两个方面,一个是司机的驾驶习惯,一个是发动机技术上的一些局部的改装。
相对而言,司机的驾驶习惯只需要长时间的实践就可以掌握,因此,个人观点:在提高燃
油经济性对策的问题上需要汽车厂商对技术的不断追求。
以东风日产轩逸通过XTRONIC CVT无级变速器为例,其所搭载的XTRONIC CVT无级变速
器不使用传统的齿轮传动,而是根据车速和路况自动连续调整速比,
克服了传统自动变速箱
加速时的能量损耗,实现无缝加速,既降低能耗,又能防止油耗水平的大幅变化,有利于稳定
整个驾驶过程中油耗水平。采用可变气门正时及升程
电子
控制系统,在保证扭矩增加的同时
能最大限度地提高燃油的燃烧效率,同时综合采用各种新技术,以达到高效节油的目的,这使
CIVIC拥有2.0L级的动力,油耗却只有1.5L级。
而大众的1.4TSI 发动机,最大功率为 96kW(5000r/min),最大扭矩可达
220Nm(1750-3500r/min)。,达到传统2.0升发动机水平,而油耗却大大降低。是一款真正的
“小排量,大功率”王牌发动机。而实测数据显示,1.8TSI发动机与普通1.8L自然吸气式
发动机相比,动力可提升40%以上,相当于2.57L自然吸气式发动机的功率输出;2.0TSI
则相当于2.86L自然吸气式发动机。缸内直喷实现了燃油的最大化利用,同级别车型里最节
油,比普通发动机节油10%以上,配合Tiptronic6速手/自动一体变速箱,可节油20%以上。
借鉴先进的发动机技术,自主品牌企业尝试利用各种手段降低油耗。长城哈弗CUV柴油
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车匹配了采用电控高压共轨技术的“智能节油王”INTEC柴油发动机,较汽油机油耗降低
30%-40%。奇瑞展出一款命名为1.9D TCI柴油发动机,它融合了TCI技术、高压共轨直喷技
术、EGR系统等数项先进技术,最大限度地减少废气和发动机噪音。其燃油消耗量较点燃式
汽油机减少40%-45%,满足欧IV排放标准。
就目前的
发展
而言,混合动力车无疑是目前最切实可行的降低油耗手段。油电混合动力
车融合电动汽车和燃油汽车的优点,较好地满足了汽车低排放、低油耗、高性价比的综合要
求。当然其他技术的出现同样可以达到降低油耗的目的,譬如先进内燃机技术、CVT无级变
速器等。
新技术不断推陈出新并不代表那些相对成熟的技术没有改进的余地,以下是几点具体例
子:
1.在空燃比的控制上,采用空燃比控制系统
举一种空燃比控制系统的方案的硬件设计:空燃比控制系统由电子控制单元 ECU
(Electronic Control Unit )、传感器及信号处理电路、执行器及驱动电路 3部分组成。
传感器部分包括氧传感器、冷却水温传感器,并从与分电器断电器相连接的接线柱上取得转
速信号。加热型氧传感器安装在三元催化转换器的前面,这种氧传感器在汽车启动后能够迅
速达到工作温度。执行部分为电磁补气阀,补气阀进气端接在空气滤清器下,出气端接在化油
器节气门后,是1种一定频率的占空比阀,阀开和关由占空比决定,占空比大,阀的开启时间
就长,补气量就多;反之则少。因此调节
占空比就可以调节补气量。
2.通过压缩比改善经济性
目前国内的轿车发动机都是高速汽油发动机,发动机的热效率越高燃油利用率越高,也
就越省油。而发动机的热效率随压缩比的增加而增加,现在轿车汽油发动机压缩比一般在
9.3-10.5之间。同时,还采用配气系统可变装置(可变气门升程、可变凸轮轴转角、可变进
气管长度等)和稀燃技术,来达到节油目的。
3.采用高强度、低质量的新材料也是降低整车重要
数据显示,车重与油耗的关系成正比,
汽车制造商对车身重量与油耗的关系有不同的理
解。福特汽车公司表示,车身重量每降低57kg,车辆的燃油经济性可以提高1%。通用汽车
公司也指出,车身重量每增加45kg,车辆经济性就会降低2%。内饰部件供应商Woodbridge
集团认为,一辆汽车车身重量每降低10%,平均燃油经济性可以提高6~8%。众所周知,发动
机的燃料消耗提供车辆行驶所需的全部动力。从物理学的角度讲,车身的质量(重量)越大
则需要的动力越强,也就意味着需要更多的燃料消耗。既然车身的自重与油耗成正比,也就
使得降低车身自重成为提高燃油经济性的一个有效途径。越来越多的厂商也意识到了这一
点,分别采用不同的方法通过材质的变化降低车辆自重。但车身材质的选用又不可避免与汽
车安全息息相关,长期以来,日系车通过降低钢板厚度和选用较低质量的钢材等方法“以薄
皮轻身换取低油耗”就饱受诟病。显然,选用合适的材质实现车身重量的降低,不能以牺牲
安全性能为代价目前,在汽车轻量化方面采用的主要措施有:用优化设计的方法充分利用材
料的强度,提高结构的刚度;采用高强度轻材料,如采用高强度低合金钢、铝合金、镁合金、
塑料和各种纤维强化等材料制造汽车零件;改进汽车结构,如轿车采用前轮驱动、高可靠性
轮胎(可以去掉备胎)、少片或单片弹簧钢板、承载式车身、空冷式发动机、二行程发动机、
绝热发动机,以及各种零件的薄壁化、复合化、小型化等;减少车身尺寸,这还有利于减少
行驶时的空气阻力;取消一些附加设备及器材等。质量轻的电子产品的大量应用,也对汽车
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的轻量化发挥了作用。国外汽车的自身重量与过去相比,已减少了20%~26%。据预测,在
未来10年里,轿车自身重量还将比现在减轻20%。欧美车系许多品牌在这方面就做的相当
出色。引用《汽车车身新材料应用的发展趋势》德国某汽车公司在大批生产的轿车上采用
CO2激光束焊接,与传统的焊接工艺相比,焊接成
的高强度钢板车身的强度提高了50%。又
如,一些复合材料的SMC壳体的材料较厚,大约为2.5~3mm,限制了轻量化的幅度。法国
雷诺公司采用新的A级表面精度的SMC模压技术和低密度填料,减薄了零件厚度,使轿车壳
体重量比普通SMC工艺下降了30%。据欧洲汽车界人士预测,在今后十年中,轿车自身质
量还将减轻20%,除了大量采用复合材料和轻质合金外,车身设计方法也将发生重大变化。
由于大量采用新型材料,传统的车身结构及其设计方法可能不再适用,取而代之的是一种基
于生物学增长规律的形状优化设计法,这种设计方法即能减少零件质量,又延长了零件的使
用寿命。此外,采用新的设计方法还能使车身零件数大幅度减少。如某车型的零件数已由
400个减少到75个,质量减轻30%。美国克莱斯勒汽车公司尚未投放市场的概念车由于采
用了创新的优化设计法,使整车自重降至544kg。这说明轻量化设计具有极大的潜力。
三、驾驶技术与日常保养上改善燃油经济性
由前说述,提高燃油经济性的措施决不仅仅如此,从汽车制造上的层面上,不断追求新技
术无疑是提高汽车经济性的有效解决办法,从车主的角度,良好的驾车习惯与及时日常保养
可以很大程度上提高燃油经济性。有如下习惯可以降低油耗。
1.保持合理的行车速度
每种汽车都有自己的经济车速,在此车速下行驶耗油量最低
2.不可长时间热车
适度热车是个好习惯,但长时间原地热车会使油耗变大。建议用低速行驶2、3分钟的
距离来完成。
3.杜绝不必要的轰大油门。
日常行车,脚踏油门要轻缓,做到轻踏缓抬。轻踏油门所以能节油,这因为一般化油器都
有加速装置和省油装置,若猛踏油门,加速装置和省油装置都会提前起作用而“额外”供油,
使混合气过浓,造成汽车油耗量增加。测试表明,原地轰一次大油门,至少等于行驶一公里。
在路口遇到红灯停车,变绿灯后起步加速跑500米。先用比较舒缓的方式换档,转速为1500~
2000转之间,到500米计时点车速为86km/h,用时35.2秒,平均油耗相当于13.14L/100km;
然后用相对凶猛的方式,额定转速5000转换档,终点速度达到114km/h,用时23.9秒,平均油
耗几乎高出一倍,达到25.89L/100km。
4.避免长时间的怠速运转
一般汽车运转一分钟以上所消耗的燃油要比重新起动所消耗燃油多。根据测算,怠速运
转4分钟的耗油量就大约相当于以60km/h速度行驶1分钟的耗油量。因此建议较长时间停
车还是熄火更好。
5.减少汽车不必要的启动次数
汽车每启动一次的耗油量可以行驶3公里,对发动机的磨损相当于行驶50公里
的磨损量;
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所以尽量不要让汽车非正常熄火,频繁的启动将会增加不必要的油耗。
6.避免不必要的紧急制动
汽车每紧急制动一次,所浪费的油可行驶2公里,对轮胎的磨损相当于行驶80公里的磨
损量。
7.空档滑行不省油
测试表明,在60km/h等速下,完全抬起油门踏板,直线滑行至停止,在这个过程中空档滑
行的耗油量是31.4mL,滑行距离为890米,而带档滑行(带挡,松油门)的测试结果是15.7mL,
其滑行距离比空档短,是608米,但算起来还是省了油。空档滑行时最低油耗相当于怠速油耗,
而带档滑行时,ECU会在一段时间内让发动机完全停止喷油,这时的最低油耗是零。因此带挡
滑行更省油!
8.及时合理换档
在高转速发动机中,建议一挡在2000转换挡,其他挡位在2300~2500转换挡。85公里
速度以内不用五挡,市区行驶一般不用上五档,90公里以上一定换五挡。换档的动作要准确
迅速及时,避免因动作过慢而使车速下降过多。不要把油门加得很大、发动机转速很高的情
况下再慢慢换入下一个档位。而应当在油门开度不大,发动机转速不高的情况下迅速换档。
换档过程的快慢直接影响汽车的油耗,试验证实两者可使油耗相差一倍以上。发动机的大部
分时间在中等转速下运转,而且节气门开度适当(70%左右)时耗油量最小。在道路状况良好的
情况下,尽量使用高速档行驶,避免在中间过度档位停留过长时间,这样会获得较好的燃油
经
济
性能。在高速档时不要拖档,在低速档时不要使发动机转速很高,这是合理使用档位的原
则。
9.适当的胎压可以降低油耗
理论上若胎压比规定值低0.5公斤/平方厘米,油耗将增加5%。轮胎亏气会造成滚动阻
力增加,所以更费油。测试表明,都是在样本车规定胎压2.1bar的状态下进行,分别测试其比
规定胎压多0.5bar和少0.5bar两种状态下的60km/h等速油耗,测试结果+0.5bar的数据是
3.89L/100km,省油0.23升;-0.5bar的数据是5.10L/100km,竟然增加油耗0.98升。可见“亏
气”的负面效果比“多气”的正面效果更明显,所以在实际使用中一定要注意经常检查胎压,
不要亏气行驶
10.切忌装饰过度
如扰流板、防雨罩等,会破坏原车设计的丰足,提高油耗;后备厢中不要放很多不常用
的东西,增加无谓负载也会增加油耗;有的驾驶员为了节油,采取高速关闭空调而打开车窗
通风的办法,这是不可取的,当车速高于85公里每小时的时候,开窗后的风阻消耗比空调
系统消耗的燃油更多,它会让您的燃油经济指数下降10%。
11.清理空气滤清器
如果空气滤清器
发生堵塞或积尘过多就会致使发动机进气不畅,而且大量的灰尘进入汽
缸,会加快汽缸积碳生成的速度,使发动机点火不良,动力不足,车辆的油耗就自然会升高。
如果在正常的城市公路上行驶,空气滤清器在汽车行驶5000公里时就应该进行检查,如果
滤清器上积尘过多,可以考虑用压缩空气从滤芯内部向外吹,将灰尘吹净。但压缩空气的压
力也不能过高,以防滤纸被损坏。
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12.定期清洗喷油嘴积碳
因为燃烧室容易产生积碳,而积碳会导致启动困难;喷油嘴内部积碳也会导致油道堵塞、
汽油喷射变形、雾化差,燃油消耗自然也会增大。 对于燃烧室的清洗可以采用专用除碳剂,
使燃烧室和喷油嘴上的积碳软化并与零件表面脱离,然后将软化的积碳除去。这种除碳方法
效果好,并且除碳的效率也得到了大大的提高。
13.清除节气门油泥
节气门处油泥产生的原因是多方面的,有些是燃料燃烧的废气在节气门处形成积碳;再
就是没有被空气滤清器过滤的杂质在节气门处残留形成。油泥多了进气会产生气阻,从而导
致油耗的增加。一般在行驶1万到2万公里时就应该对节气门进行清洗。