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1、汽车节能技术的原理及应用录1、 汽车燃料经济性评定指标及试验方法 21.1能源和节能21.2汽车燃料经济性评定指标21.3汽车燃料经济性试验方法21.3.1道路试验法41.3.2统计法52、 影响汽车燃油经济性的主要因素及汽车节能途径 62.1汽车燃料的能量消耗62.1.1热量转变为机械功时的损失62.1.2指示功率转变为有效功率时的机械损失62.1.3有效功率转变为汽车去动功率时的传动损失62.2影响汽车燃料经济性主要因素及节能途径72.2.1发动机82.3车辆结构112.3.1整车匹配对整车燃料经济性的影响122.3.2轮胎对整车燃油经济性的影响152.3.3空气阻力对燃油经济性的影响18
2、2.3.4重量对整车燃油经济性的影响202.4底盘传动效率对燃油经济性的影响222.4.1润滑油、齿轮油的选用对燃油经济性的影响232.4.2底盘各部分的调整对燃油经济性的影响252.4.3行驶状况和驾驶习惯对燃油经济性的影响26概述随着国家节能政策的逐步实施，国家对汽车燃油经济性标准的要求越来越严格，同时随着燃油价格的持续上涨，消费者对汽车产品的燃油经济性也越来越关注。奥铃技术中心借工程研究院要求各事业部进行油耗摸底的机会，并结合工程研究院组织的整车降油耗技术讲座，特做此材料，供大家参考学习。汽车燃料经济性评定指标及试验方法1.1 能源和节能中华人民共和国节约能源法中规定了能源和节能的概念。
3、能源，是指煤炭、原油、天然气、电力、焦炭、煤气、热力、成品油、液化石油气、生物质能和其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源。节能，是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理的利用能源。节能是国家发展经济的一项长远战略方针。1.2 汽车燃料经济性评定指标汽车的燃料经济性是指汽车在一定的使用条件下，完成单位运输量所消耗燃料的多少，是汽车的主要使用性能之一。汽车的燃料经济性是用汽车燃油消耗的多少来评价的，通常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。我国及欧洲一般
4、采用升/百公里（L/100km）作为汽车燃油经济性的指标来衡量。美国、英国等一些国家则用英里/加仑（mile/Usgal或MPG）数值作为汽车燃油经济性指标，即用每消耗1加仑的燃料时汽车行驶的英里数来表示（1英里=1.6093km,1美加仑=3.785L，1英加仑=4.546L）,该数值越大，则说明该车的燃油经济性越好。1.3 汽车燃料经济性试验方法欧洲经济委员会（ECE）规定，要测量车速为90km/h和120km/h的等速百公里燃油消耗量和按ECE-R.15循环工况的百公里燃油消耗量，并各取1/3相加作为混合百公里燃油消耗量来评定汽车燃油经济性。图2-1 欧洲(ECE)测量汽车燃油经济性的工
5、况美国环境保护局（EPA）规定，要测量城市循环工况（UDDS）及公路循环工况（HWFET）的燃油经济性（单位为每加仑燃油汽车行驶英里数mile/gal），并按下式计算综合燃油经济性（单位为mile/gal），作为综合评价指标。综合燃油经济性=1/（0.55/城市循环工况燃油经济性）+（0.45/公路循环工况燃油经济性）图2-2 美国(EPA)测量汽车燃油经济性的工况我国常用的汽车油耗指标是L/100km，汽车制造厂提供的汽车燃油经济性指标就是如此表示的。汽车的燃油油耗量，可以根据发动机台架试验的结果进行计算，但最简单最常用的方法是通过道路试验确定。我国运输部门采用的油耗指标有两个：一个是汽车制
6、造厂的油耗指标；另一个是汽车运输部门，根据气候、道路等条件制定的油耗指标。前者经过专门的试验确定，后者大多根据统计或者实际道路试验确定。1.3.1 道路试验法我国汽车燃油消耗量的测定，有GB/T 12545.2-2001商用车燃料消耗量试验方法、GB/T 19233-2003轻型车燃料消耗量试验方法和GB/T 12545.1-2001乘用车燃料消耗量试验方法三种试验方法。1.3.1.1 商用车燃油消耗量试验按照GB/T 12545.2-2001商用车燃料消耗量试验方法的规定，商用车燃料消耗量试验方法有两种测定方法。1.3.1.1.1 等速行驶燃油消耗量试验等速行驶燃料消耗量试验及可以在测功机上
7、进行，也可在道路上进行。测试路段：试验测试路段长500m。试验方法：汽车用直接档位（自动变速器车辆采用高档），等速行驶，通过500m的测试段，测量通过该路段的时间及燃料消耗量。试验车速从20km/h(最低稳定车速高于20km/h时，从30km/h)开始，以10km/h的整数倍均匀选取车速，直至最高车速的90%，至少测试5个试验车速。同一车速往返各进行2次。根据计算结果，绘制成燃料消耗量（L/100km）与车速（km/h）的关系曲线，称为等速油耗曲线。根据曲线可以比较出燃料经济性的大小。由于汽车在行使中有加速、减速、制动等各种工况，而等速行驶的机会是很少的，等速油耗试验方法与实际使用中的情况差别
8、较大，商用车燃料消耗量试验还需要采用多工况燃料消耗量试验方法。1.3.1.1.2 多工况循环燃料消耗量试验多工况循环燃料消耗量试验既可在测功机上进行，也可以在道路上进行。城市客车及双层客车采用四工况循环试验，其他商用车采用六工况循环试验。试验往返各进行两次，以四次试验结果的算术平均值为多工况多工况燃料消耗量试验的测定值。图2-3 中国测量汽车燃油经济性的工况在底盘测功机上进行多工况循环道路试验，取3次试验结果的算术平均值为多工况循环燃料消耗量试验的测定值。多工况循环燃料消耗量试验是针对汽车使用中的各种工况制定的，有加速、减速、等速，以及不同车速的各种工况，所以试验结果接近实用情况。1.3.1.
9、1.3 轻型汽车燃料消耗量试验方法GB/T 19233-2003轻型车燃料消耗量试验方法规定了汽车在模拟城市和市郊工况循环下，通过测定排放的尾气含量，用碳平衡法计算燃料消耗量的试验方法和计算方法。该方法适用于以点燃式发动机或压燃式发动机为动力，最大设计车速大于或等于50km/h的M1类（包括驾驶员座位在内，座位数不超过九座的载客车辆），也可用于最大设计总质量不超过3.5t的M2类（包括驾驶员座位在内，座位数超过九座，且最大设计总质量不超过5000kg的载客车辆）和N1类（最大涉及总质量不超过3500kg的载货车辆）车辆。轻型汽车燃油消耗量试验方法中二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物的测定按GB 1
10、8352.2-2001轻型汽车污染物排放限值及测量方法（）的相关规定进行，其燃料消耗量的计算方法如下：汽油车：FC=0.1154(0.866HC)+(0.429CO)+（0.273CO2）/D柴油车：FC=0.1155(0.866HC)+(0.429CO)+（0.273CO2）/D式中 FC燃料消耗量，L/100km；HC测得的碳氢排放量，g/km；CO测得的一氧化碳排放量，g/km；CO2测得的二氧化碳排放量，g/km；D288K（15摄氏度）下试验燃料的密度，kg/L。1.3.1.2 乘用车燃料消耗量试验方法按GB/T 12545.1-2001乘用车燃料消耗量试验方法的规定，乘用车燃料消耗
11、量试验有两种测定方法。1.3.1.2.1 等速行驶燃料消耗量试验等速行驶燃料消耗量试验既可在测功机上进行，也可以在道路上进行。测试路段：试验测试路段长度至少2000m。试验方法：汽车以90km/h和120km/h的速度等速行驶，通过测试路段，测量通过该路段的时间及燃料消耗量。根据计算结果，可以比较出燃料经济性情况。汽车在行使中有加速、减速、制动等各种工况，而等速行驶的机会是很少的。等速油耗试验方法与实际使用中的情况差别较大。1.3.1.2.2 模拟城市工况循环燃料消耗量试验模拟城市工况循环燃油消耗量试验规定在底盘测功机上进行15种工况循环道路试验，取3次试验结果的算术平均值为模拟城市工况循环燃
12、料消耗量试验的测定值。模拟城市工况循环燃油消耗量试验是针对汽车使用中的各种工况制定的，有加速、减速、等速，以及不同车速的各种工况，所以试验结果接近实用情况。1.3.2 统计法有些汽车运输单位有自行规定的汽车油耗指标，也就是企业的油耗定额，是用统计方法确定的。一般用于月、季度，或者1年的时间为单位进行统计确定。这种统计试验法，至少应有10辆以上的车辆，行驶里程超过一万公里。这样测得的误差以及偶然性便会减少，测试的结果就比较准确。2 影响汽车燃油经济性的主要因素及汽车节能途径2.1 汽车燃料的能量消耗汽车依靠发动机发出的动力，通过传动装置推动汽车前进，而发动机是依靠燃料在气缸内燃烧，放出热量，使燃
13、气的温度和压力增加，体积膨胀，推动活塞做功而获得动力。在此过程中，燃料燃烧后只有一小部分能量转化为有用功，其余大部分以不同形式分别损失在发动机本身和汽车传动装置中。汽车能量转换时的损失情况，可分为以下三点。2.1.1 热量转变为机械功时的损失燃料发出热能的损失，主要是排气、散热、漏气等造成的。发动机工作时气缸内热量的利用程度，用指示功率表示，它是指气体膨胀推动活塞在单位时间内所做的功。指示功率=（推动活塞做功的有效热量）/（燃料总热量）上式说明，推动活塞所做功的有效热量越多，发动机的指示功率越高，则热量损失越少。一般四行程汽油机的指示功率为0.25-0.35，热量损失达65%-75%；柴油机的
14、指示功率为0.4左右，热量损失达60%。2.1.2 指示功率转变为有效功率时的机械损失发动机工作时活塞所承受的力，经过连杆使曲轴旋转，经飞轮输出动力。由于部分指示功率要消耗在发动机本身的摩擦损失上，所以从飞轮上实际输出的有效功率要小于指示功率。为表明发动机指示功率的利用程度，可用机械效率表示。机械效率=（有效功率）/（指示功率）汽油发动机的机械效率约为0.7-0.9，说明发动机的功由活塞经曲轴到飞轮时，摩擦损失达10%-30%，具体见表2-1。表2-1 柴油机和汽油机热量分配表热量分配转变为有效功的热量/%冷却水带走的热量/%废气带走的热量/%不完全燃烧损失的热量/%其他热损失/%柴油机汽油机
15、30-3519-2525-3230-4020-2521-250-26-1310-207-16注：其他热损失包括机件摩擦损失和发动机外表面热辐射损失等。2.1.3 有效功率转变为汽车动功率时的传动损失 发动机发出的有效功率，经过传动装置传到驱动轮时，由于一部分有效功率损失在传动装置中，所以驱动功率又小于有效功率。为表明有效功率的利用程度，可用传动效率来表示。传动效率=（驱动轮功率）/（有效功率）不同车辆的传动效率大约为80%-95%，即有5%-20%的有效功率消耗于传动装置中。直接档因为是动力直接从中间轴传递，在变速器内部不经过齿轮传递，所以光从传动效率应来说，直接档比其它档位稍高。图2-4为一
16、卡车的能量消耗分布图。 图2-4卡车的能量消耗分布图从上图可以看出，发动机及附件能耗占60%，克服空气阻力的能量占21%，能量转化为机械能传到轮胎，用于克服轮胎滚动阻力做功的能量占13%。汽车节能的关键是降低图中的热能损失和降低摩擦。2.2 影响汽车燃料经济性主要因素及节能途径影响汽车燃料经济性的主要因素，请见鱼刺图2-5 。发动机发动机附件驾驶情况冷却水温燃油种类驾驶技术进气阻力万有特性排气阻力驾驶习惯排放水平风扇离合器驾驶态度增压程度喷油正时齿轮油黏度行驶路线整车燃料经济性负荷程度驾驶员身体状况供油系统各缸工作情况润滑油选用天气影响 整车载重气候影响手制动间隙整车重量轮胎类型离合器间隙行驶
17、时间空气阻力四轮定位后桥速比制动间隙路面状况变速箱选用用轮胎气压行驶车速行驶环境整车匹配整车状况离合器选用轮胎花纹图2-5影响汽车燃料经济性的主要因素2.2.1 发动机2.2.1.1 发动机结构发动机的油耗对汽车的油耗有决定性的影响，而发动机的油耗取决于发动机的结构。发动机的压缩比高、有完善的供油系统及合理的燃烧室形状、采用电子点火系统等都能降低发动机的比油耗。下面就以上几方面对比油耗的影响逐一分析。2.2.1.1.1 冷却系对热效率的影响发动机中通过缸壁传给冷却水的热量,在各过程中的比例大致为:膨胀过程70%-80%,排气过程15%-20%,压缩过程5%-10%。可见冷却损失大部分发生在膨胀
18、过程中，此过程的温度和压力下降，造成发动机的功率损失。发动机的工作温度，对发动机的热效率有很大影响。发动机启动时升温发动机启动时，由于水温较低，燃油雾化不良，发动机不能正常工作，加之低温时机油的黏度较大，摩擦损失功率增加，这些都会使油耗增加。发动机启动后，有的驾驶员怕熄火，求升温快，往往加大油门，这不仅严重浪费燃油，而且增加了发动机的磨损。为了节省燃油和保护发动机，应待发动机水温升到40C以上才能起步行驶。发动机工作温度高低对燃料消耗的影响温度20C时，汽油的蒸发率为50%，而在30C时蒸发率为75%。发动机温度过低，燃料蒸发性差，混合气雾化不良，油滴增多，各缸进气不均匀，混合气偏稀，不易燃烧
19、或火焰传播速度减慢，燃烧不充分，因而油耗增加。发动机温度过高，空气热膨胀过大，降低了发动机的充气系数，破坏了空燃比，使混合气偏浓，燃料燃烧不完全，也导致燃料消耗增大。发动机工作温度过高或者过低不但使燃料消耗增加，也会导致发动机磨损增加，使用寿命受到影响。如果温度太高，会造成发动机的早期磨损。表2-3说明了发动机工作温度（水温）与耗油量及发动机磨损的关系。表2-3 发动机工作温度与耗油量及磨损的关系发动机冷却水温度/C油耗/%磨损量/%发动机冷却水温度/C油耗/%磨损量/%80-906050100103108100403020112125140500正确掌握行车温度经理论计算和长期实践证明，发动
20、机正常工作的温度是：水箱出口处水温在75-85C范围内（水温表的温度保持在80-90C之间），发动机舱内温度保持在30-40C。供给发动机的燃料所放出的热量，在发动机中经过一系列复杂的过程，只有20%-35%转变为有用功，而其余的热量将随废气、冷却介质等不同途径排出发动机。向发动机供给的燃料所放出的热量恒等于转变为有效功和各散失的热量之和，称为发动机的热平衡。发动机热平衡各部分组成的值是随发动机转速和负荷等情况的改变而变化。在全负荷情况下工作时，发动机热平衡各组成部分的大致数值如表2-4所示。表2-4 发动机的热平衡热平衡各项组成汽油机/%柴油机/%热平衡各项组成汽油机/%柴油机/%转变为有效
21、功的热量废气带走的热量冷却介质带走的热量19-2521-2530-4030-3520-2522-25不完全燃烧的热损失其他热量损失6-137-160-210-20从表中可以看出，冷却介质带走的热量是相当多的，所以掌握好行车温度，减少不必要的热量损失，对汽车节油有着很重要的影响。发动机的工作温度对油耗的影响非常大，为了使发动机有合适工作温度，现在通常采用风扇离合器，适时调整发动机的工作温度。2.2.1.1.2 发动机换气过程对油耗的影响 换气过程可以用充气效率和换气损失来评价。改善换气过程的目的，是使充气过程中充气效率提高和换气损失减少。目前，汽车用发动机的最高转速为，汽油机7000r/min，
22、柴油机5000r/min。发动机高速运转时，换气过程的持续时间大大缩短，工质流速明显提高，充气效率明显下降、换气损失也会增加，影响混合气形成和燃烧，使发动机性能恶化。所以，换气过程对发动机的性能影响很大，改善换气过程主要通过以下几方面：2.2.1.1.2.1 减小进、排气系统的阻力减小进、排气系统的阻力，特别是进气系统的阻力，对于改善换气过程有着重要作用。减小进、排气系统的阻力，应该注意以下几点。进、排气门时面值是评价气门流通能力的参数，其定义为气门的瞬时开启截面积在气门开启期间内的积分。传统的发动机通常采用一进一排的两气门结构。增大气门直径可以扩大气门流通路截面积，提高充气效率.在两气门结构
23、中，进气阀盘直径可达活塞直径的45%-50%，气门与活塞面积之比为0.2-0.25，进气门比排气门一般大15%-20%；但由于受到结构限制，进一步增大比列已经很困难。为了进一步增大进气门流通截流面积，普遍采用多气门技术。多气门中应用最多的是四气门，即两个进气门和两个排气门。此外，三气门和五气门也可见到。一般情况下，四气门较容易布置驱动机构，此种结构的进气门流通截面积可以提高30%-50%，充气效率的提高使发动机的功率得到明显提高，经济性也有所改善。多气门（四气门或五气门）技术还具有易实现可变技术、单个气门运动件质量减小、有利于发动机高速化等优点。对于低速工况而言，由于气体流速相对较低而减弱了缸
24、内工质的运动，可能会带来不利的影响，但可以在发动机低速工况下通过关闭某一进气道来实现加速气流运动，获得需要的气流形式与涡流强度，这便是进气系统的可变技术。配气机构配气机构的基本功能是在运动惯性力许可的前提下，尽可能的提高气门的流通能力，即提高气门的时面值。由于运动惯性力与配气机构的运动质量以及运动加速度有关，改进配气机构主要是减小配气机构的运动质量、摩擦阻力以及优化凸轮型线等，以更有利于配气机构的高速化。进、排气通道进、排气道的改进也是减小进、排气系统阻力的重要措施之一。进气道不仅要保证高的流通性能，而且还要满足发动机组织工质运动的要求。例如，直喷式柴油机中，常通过进气道产生一定强度的进气涡流
25、，以提高可燃混合气的形成，改进燃烧。这就要求对进气道进行特别的设计。排气道的改进不仅可以减小排气系统的阻力，对增压机还可以提高废气可利用程度。此外，进、排气系统中的空气滤清器、排气消音器、以及催化转化器等，在保证主要功能的同时，要尽量降低气体流动阻力，减少对换气过程产生不良影响。2.2.1.1.2.2 合理的配气定时 合理确定配气定时，对于实现一个完善的换气过程，进而提高发动机性能是十分重要的。由于不同的发动机工况对应着不同的最理想配气定时，最理想的情况是实现配气定时随发动机工况变化而实时调节。“柔性配气定时”，即在各种工况下通过电控实现最优的配气定时，是今后发展的方向之一。配气定时通过进、排
26、气门开闭时刻和开闭时间的长短来控制，通常是延迟进气门关闭、提前打开排气门，反映到发动机曲轴转角上即进气迟闭角和排气提前角。为了获得最佳的发动机性能，在发动机高转速和大负荷下希望进气迟闭角和排气提前角加大，有较大的气门升程和较大的气门叠开角；而在低转速和小负荷下，则希望进气迟闭角和排气提前角较小，有较小的气门叠开角。轿车上普遍采用这种可变气门正时技术。2.2.1.1.3 发动机的压缩比越高，其热效率就越高，使用时节油越明显发动机气缸总容积与燃烧室容积之比，叫压缩比。它表示气缸内工作混合气压缩后，容积缩小的倍数。此数值越大，则压缩比越大。汽油发动机的压缩比一般在7-10之间，柴油发动机的压缩比要高
27、的多，一般在16-22之间，发动机压缩比用符号“”表示。提高发动机压缩比的理论根据是，压缩比提高后，可以提供发动机的热效率，也就是提高了发动机动力性和经济性。汽油机压缩比与发动机动力性和经济性的关系如表2-2所示。表2-5 压缩比与发动机动力性和经济性的关系压缩比/汽油消耗/%发动机功率/%压缩比/汽油消耗/%发动机功率/%67810093881001031149108582118120压缩比如果提高，压缩终了时气缸内的温度和压力就高，混合气形成的质量就好，有利于燃烧，此时的膨胀比也高，因而发动机热效率高。因此，压缩比高的发动机比压缩比低的发动机动力性好并且省油。但是汽油发动机压缩比提高到一定
28、程度后，如果再继续提高，发动机的动力性和油耗指标就会变差，发动机运转中出现了一种像敲击气缸似的声音，俗称“敲缸”，这是由于气缸里的混合气燃烧时出现了不正常的爆震燃烧。产生爆震燃烧时，气缸内的气体压力波在极短时间内上升很高，并且这种压力波在气缸内来回反复的震荡。爆震的结果使活塞等零件受到损伤，并且使发动机的功率下降，燃料消耗增多。为了避免产生爆震燃烧，必须选用高辛烷值的汽油，或者相应的改进发动机燃烧室结构。适用于高压缩比的汽油机结构较紧凑，其形状能促使气流产生一定的旋转运动。火花塞在燃烧室中的位置也很重要，最好是位于温度较高、气体较纯净的适当部位。柴油机选用适当的高压缩比后，可以使压缩终了时燃烧
29、室里的混合气获得较高的压力和温度，有利于柴油迅速着火并加速燃烧。柴油机的压缩比一般是16-22，比汽油机高的多。但是，在这样高的压缩比范围内，再继续提高压缩比对提高发动机热效率的作用就不明显了。相反，在某些情况下，压缩比选用过高，燃烧产生的最高压力过分增加，使活塞、连杆、曲轴等机件受力过大，对发动机的使用寿命产生不良影响。2.2.1.1.4 绝热指数越高，热效率也越高,油耗越低绝热指数k与气缸里气体的品质有关。例如室温条件下氦气的绝热指数k是1.67，干空气是1.44，湿空气是1.33，各种气体在不同温度时绝热指数变化不大。柴油机气缸内气体燃烧之前是空气，燃烧之后气体成分是二氧化碳、水蒸气、氮
30、气和少量空气，此时绝热指数k一般取值为1.4。汽油机工作时进入气缸的是可燃混合气体，绝热指数与混合气的浓度有关。较浓的可燃混合气的绝热指数较低，因而发动机的热效率也低。反之，当可燃混合气变稀时，绝热指数的数值增加，发动机热效率也将提高，这便是采用稀薄燃烧的理论依据。适当调稀可燃混合气，能明显降低燃油的消耗。2.2.1.2 发动机的种类对于传统的发动机而言，柴油机由于压缩比比汽油机要高的多，因此柴油机比汽油机的油耗要低的多。试验和使用证明，一般装备柴油发动机的轿车比装汽油发动机的轿车节油18%左右，柴油发动机载货汽车比汽油发动机载货汽车节油30%左右，加上车用柴油机与车用汽油机相比加工成本低5%
31、，目前世界各国正在积极推行轻型载货汽车和轿车的柴油化。柴油发动机有如下优势：l 热效率高，燃油消耗率低，且柴油价格低，运输成本低；l 柴油机在部分负荷时由于空燃比增大了，混合气绝热指数增大，柴油机热效率提高；l 柴油机的排气污染较小，它排放产生的温室效应比汽油机低45%，一氧化碳含量低。柴油机的使用时，要注意柴油牌号的选择，如果柴油牌号过高，则燃油的价格高，造成浪费；若选用柴油牌号过低，则会因为燃油温度过低，低温不能启动，燃烧不充分，造成燃油消耗量增高。应按照GB 252，根据气温，选用合适牌号的柴油。随着科技的进步，采用缸内直喷技术的汽油机，其油耗相对于传统的汽油发动机节油3%-13%。缸内
32、直喷若采用喷射导向式分层燃烧模式，油耗将进一步降低。此技术已在某些高档轿车上使用，并且将会是乘用车汽油发动机的一个发展趋势。2.2.1.3 发动机的负荷率发动机负荷率通常是指发动机阻力矩大小。发动机克服阻力矩必须消耗燃油，增加负荷就意味着增加发动机每个工作循环的供油量。汽油机是通过节气门位置来控制，柴油机是通过喷油泵齿条位置来控制（非电控发动机），因此我们把汽油机节气门不全开或柴油机喷油泵齿条位置小于标定功率位置时，称为部分负荷。反映到整车上，当加速踏板踩到底时，发动机为全负荷，加速踏板部分踩下时为部分负荷。发动机的比油耗随发动机负荷的变化而变化，在负荷率约为80%-90%时比油耗最低，低负荷
33、和全负荷时比油耗都增加。在发动机负荷低时，由于功率利用率低，燃油消耗率增加。若希望汽车的动力性好，则要求发动机的功率、扭矩大。但是在一般行驶时，由于路况较好，车速也受到一定限制。这就可能使大功率的发动机经常处于小负荷工况下运转，造成燃油消耗增加。据统计，在平路上以常用速度行驶时，往往只利用同转速下发动机最大功率的50%-60%，只占发动机最大功率的20%左右。汽车空载低速行驶时，发动机功率利用更低。因此，在满足车辆动力性要求的前提下，不宜装用功率过大的发动机。在合适的道路条件下，利用拖挂和半拖挂汽车运输，可提高发动机的负荷率，使燃油消耗率下降。以上分析侧重于乘用车，特点是整车总质量变化不大。载
34、货汽车主要是侧重于整车的载货能力，整车匹配不能完全按照以上分析进行。若按照上面原则，传动系统传动比取得太小的话，虽然整车的油耗有可能降低，但是整车的超载能力会降低，驾驶过程中会出现加速缓慢，爬坡无力等问题。载货汽车的传动系取值要综合车辆使用的情况具体分析。2.3 车辆结构整车燃料经济性的高低，除了受发动机本身影响外，整车匹配和整车状态的调整也对经济性有很大的影响。结合我们的试验数据，下面就整车的匹配、轮胎的选用、风阻的降低和整车质量几个方面来分析车辆结构对汽车燃料经济性的影响。2.3.1 整车匹配对整车燃料经济性的影响整车传动系统匹配的目的是，在满足传动系统的扭矩匹配、空间布置、重量要求和符合
35、行业标准及法规要求的同时，使整车的动力性和燃料经济性达到最佳状态。汽车行驶时，等速百公里油耗和六工况油耗与车速的关系及影响因素见图2-6。图2-6 等速百公里油耗和六工况油耗与车速的关系及影响因素整车匹配中，影响比较大是发动机万有特性、变速箱速比、后桥速比三个方面影响。2.3.1.1 万有特性曲线对整车燃料经济性的影响图2-7 发动机万有特性和后桥速比对整车经济性的影响如上图所示，整车匹配时，常用工况越靠近中心1区，整车的燃油消耗率就越低，相应的油耗就越低。最理想的状态是，整车常用工况在中心区域1内。整车发动机确定后，工作曲线通常由调整后桥速比，使其靠近或者进入发动机最小燃油消耗率区域。2.3
36、.1.2 变速箱速比对整车燃料经济性的影响变速箱是改变汽车速度的。发动机的转速相同时，不同档位，车速不同，档位越高时车速越高。对于同一档位，车速越高，相应的发动机转速就越高，整车油耗就高。不同档位，油耗是不一样的。使用低速档时，发动机的后备功率大、牵引力大，功率利用率低，油耗要高于高速档的油耗。不同的汽车，油耗不同，但用高速档比低速档油耗低，这个结论是不变的。多档变速箱是降油耗的方式之一。变速箱档位数增加，其速比级差减小，可选择合适的变速箱速比，使发动机的负荷率在80%-90%最大功率范围内，提高了发动机的动力性，此时发动机的比油耗也最低，又减少整车的燃料经济性。发动机过低负荷和全负荷时比油耗
37、都将会增加。图2-8 不同档位时换档车速与发动机转速的关系2.3.1.3 后桥速比对整车动力性、经济性的影响在动力系统其它参数不变的条件下，若要选定最佳主减速器传动比，通常做出燃油经济性加速时间曲线（此曲线通常呈C形，称之为C曲线）。由于后桥速比增大时，整车的动力性提高，油耗增加；相反，整车动力性下降，油耗降低。图2-9 燃油经济性加速时间曲线从图2-9可以看出，后桥速比4.3点较好的兼顾动力性和经济性；小于4.3时，燃油经济性稍有改善，但动力性有明显下降；大于4.3时，动力性虽有改善，但燃油经济性明显下降。速比4.3是比较理想的。从我们的试验数据也可以看出，后桥速比变小时，整车的动力性降低，
38、油耗下降。表2-6 调整速比后整车动力性和经济性的关系空载（7# 1900车身，平板，6.50R16）满载（7# 1900车身，平板，6.50R16）6.50R16 5.5716.50R16 4.875差值6.50R16 5.5716.50R16 4.875差值档最高车速km/h101.4115-13.6101108.4-7.4直接档最低稳定车速18.621.7-3.118.421.5-3.1直接档从25km/h加速到80km/h时间18.6919.3-0.6145.2945.75-0.46起步连续换档加速至80km/h时间21.0319.151.8847.9943.454.54档30（km/
39、h）6.166.150.018.046.491.5540（km/h）7.746.351.399.37.961.3450（km/h）8.887.481.410.849.411.4360（km/h）10.99.41.512.810.881.9270（km/h）13.8511.362.4915.2212.472.75档30（km/h）5.485.390.097.16.320.7840（km/h）6.195.610.587.927.520.450（km/h）7.2661.269.348.730.6160（km/h）8.957.821.1310.499.451.0470（km/h）10.549.051.
40、4912.1310.761.37模拟7.856.291.569.498.750.74当主减由5.571换为4.875后，由于传动系总传动比减小，整车的最高车速和直接挡最低稳定车速明显加大，加速时间加长，动力性下降；整车油耗降低很多，并且随着车速的逐渐加大，两车型的油耗差值越来越大。如试验数据所示：用五档车速达到70km/h时，空载油耗差值达到1.49L，满载油耗差值达到1.37L，变化率分别为14%和11%。由于试验只做了两个速比，不能做出此车的C曲线。2.3.2 轮胎对整车燃油经济性的影响由于发动机输出功率的30%-40%消耗在轮胎的滚动阻力上，而轮胎变形阻力占其滚动阻力总值的90%以上（轮
41、胎空气阻力、轮胎与路面滑动阻力占10%左右）。轮胎滚动阻力的产生和能耗分布如图2-10所示。图2-10 轮胎滚动阻力的产生和能耗分布图由于轮胎的变形阻力是轮胎滚动阻力的主要能量消耗，要减小轮胎滚动阻力，主要从减小变形阻力着手。2.3.2.1 轮胎工作气压对汽车燃油经济性的影响轮胎工作气压直接关系到汽车行驶的安全性和经济性。对于同一车辆，轮胎气压降低，则其轮胎半径减小，同时滚动阻力系数增大，整车的油耗就升高；气压升高，轮胎的滚动阻力系数减小，整车的油耗就降低，由于与地面的接触面积减小，对路面的压力增大。可见，根据轮胎负荷，适时地调整轮胎气压，是减小滚动阻力、降低油耗的有效措施。轮胎工作气压应与负
42、荷能力相适应在垂直载荷作用下，轮胎被压缩的程度或径向变形量称为轮胎的下沉量。当气压一定时，作用在轮胎上的负荷，直接影响到轮胎的变形程度，轮胎工作气压应与负荷能力相适应。单轮负荷比双轮负荷高5%。在实际应用中，不能简单地按照轮胎标准或者使用说明书规定的气压充气，而应当在适当范围内合理的选择。若要提高车辆的负荷能力，可适当提高轮胎的工作气压（该气压不能超过规定的最大负荷）。 相反，若车辆负荷小，可以适当减小轮胎气压，但要注意行驶速度。轮胎工作气压对压缩系数有直接影响：=h/H （h为轮胎下沉量，H为轮胎充气断面高）在最大允许负荷的作用下，普通载重货车轮胎压缩系数为10%-12%；乘用车轮胎压缩系数
43、为12%-14%。在负荷一定时，轮胎工作气压过高，下沉量小，地面接触面积缩小，单位面积所受的力增加，从而加速了胎面中部的磨损，缩短了轮胎的使用寿命，但是在此情况下，滚动阻力小，有利于降低燃油消耗；轮胎工作气压过低，下沉量增大，胎面边缘负荷增大，胎肩早期磨损，增加了滚动阻力，这对节油、节胎都不利。因此，应选择最佳的轮胎工作气压，一般取轮胎压缩系数为10%时的气压。 图2-11 轮胎高气压时轮胎形状轮胎使用速度应与负荷能力相适应轮胎的最大负荷，是指在一定速度等级下，轮胎所能承受的最大负荷。当使用速度与负荷能力相适应，并符合相应的气压标准时，就能发挥轮胎的综合性能。在实际使用中，若保持最高车速在速度
44、等级以内，则可相应增加轮胎的负荷，这时应适当提高轮胎工作气压。若高于规定的速度等级，应相应减小负荷。特定条件下需要超载时，应当减速行驶。若轮胎使用因素（负荷、车速、道路、运输距离等）中某一因素发生变化，则要求相应的改变轮胎工作气压。轮胎工作气压应与胎温相适应汽车行驶时，轮胎断面挠屈变形，轮胎产生内部摩擦，引起发热，胎温升高，胎内气体受热膨胀，致使胎压升高。同一轮胎，由于花纹不同，轮胎发热程度就不同，设计时可以通过调整轮胎花纹来降低胎温。图2-12 相同负荷、气压下不同花纹轮胎温度轮胎摩擦、扭曲变形产生的热量，这些热量都来自发动机的输出功，产生的热量越高，消耗的燃油就越多。所以应通过调整轮胎气压
45、和轮胎花纹，降低轮胎的工作温度，达到节油的目的。2.3.2.2 子午线轮胎的使用对燃油经济性的影响图2-13 子午线胎结构和特点子午线胎有以下优点：l 载荷能力大，比斜交胎载荷能力高20%以上；l 耐磨性能好，行驶里程高，胎温低；l 滚动阻力降低20%，油耗降低5%-10%；l 耐刺扎与切割，安全性能好；l 缓冲性能好，乘坐舒适。使用子午线轮胎时应注意：l 子午胎的胎侧薄，侧向刚性较差，在转弯时车身的侧倾角度较大。因而，在汽车转向前，应时当减速，以免外倾过大降低横向稳定性；l 在采用子午胎时要将所有车轮都换成子午胎，子午胎不能与斜交胎混装，否则可能使汽车的操纵稳定性变差；l 子午胎气压比相同规格的斜交胎气压高，要严格控制轮胎气压； 图2-14 子午线胎和斜交胎与地面接触面对比无内胎子午胎比相同规格有内胎子午胎节油1%-3%。目前，美国的汽车轮胎子午化达到90%，日本达到了80%，而中国只达到了30%。通过试验，将同一车分别装斜交胎和子午胎进行对比，测得动力性和燃油经济性如表2-7。表2-7 换子午胎后整车动力性和
