提高汽车燃油经济性的措施.docx

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提高汽车燃油经济性的措施

提高汽车燃油经济性的措施

摘要：

汽车燃油经济性是汽车的一个重要性能指标。

它关系到使用者和运输企业的经济利益。

在汽车使用说明书中最引人注意的技术参数之一是燃油消耗。

随着燃油日趋紧缺和价格的不断攀升。

提高汽车燃油经济性，有着重大的现实和经济意义，也是汽车制造者和使用者共同关心的研究课题。

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。

本文将分析并介绍关于汽车燃油经济性的措施。

关键词：

汽车；燃油经济性；发动机；汽车技术状况；驾驶技术.

Measurestoimprovefueleconomyofautomobile

Abstract:

Theautomobilefueleconomyisoneoftheimportantperformanceindexesoftheautomobile.Itisrelatedtotheeconomicinterestsofusersandtransportationpanies.Oneofthemostinterestingtechnicalparametersinthespecificationofmotorvehiclesisfuelconsumption.Withtheincreasingshortageoffuelandtherisingprice.Toimprovethefueleconomyofautomobilehasgreatpracticalandeconomicsignificance,anditisalsoaresearchtopicofmonconcernforautomobilemanufacturersandusers.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。

本文将分析并介绍关于汽车燃油经济性的措施。

Aremanyfactorsaffectingtheautomobilefueleconomyandanimportantfactortoaffectthefueleconomyofthevehicle'sengineperformance,atthesametime,thereareotherfactors,includingvehiclestructure,drivingtechnologyandroadconditions.Improvethefueleconomyofthecarcanbeimprovedfromthetechnicalstatusofthecar,mastercertaindrivingtechnology,etc.Thisarticlewillanalyzeandintroducethemeasureofthefueleconomyoftheautomobile.

Keywords:

Automobile；fueleconomy；engine；automobiletechnologystatus；drivingtechnology.

1绪论

1.1燃油经济性的含义

汽车燃油经济性，是指汽车以最少的燃油消耗完成单位运输工作量的能力。

汽车燃油经济性通常用有效燃油消耗率（发动机每输出1KW·h的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作be，单位为g/（KW·h））。

或有效热效率（燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率）评价。

但它们均不能反映发动机在具体汽车上的功率利用情况与行驶条件的影响，它们一般不直接用于评价汽车燃油经济性。

1.2燃油经济性的评价指标

评价汽车燃油经济性，常选取单位行程的燃油消耗量（L/100km）或单位运输工作的燃油消耗量（L/l00tkm、L/tkm）作为评价指标。

其数值越大，汽车燃油经济性越差。

汽车燃油经济性也可用汽车消耗单位量燃油所经过的行程作为评价指标，称为汽车经济性因数。

例如，美XX用每加仑燃油行驶的英里数，即MPG或mile/gal来评价燃油经济性，其数值越大，汽车的燃油经济性越好。

汽车在使用过程中，载荷和道路条件对汽车燃油的消耗影响很大，也可采用燃油消耗量Q（单位为L／100km）与有效载荷C（单位：

t）之间的关系曲线，评价在不同道路条件下汽车燃油经济性，称之为平均燃油运行消耗特性。

汽油的燃油经济性指标与发动机的特性和汽车的自重、车速与各种运动阻力如空气阻力、滚动阻力和爬坡阻力等大小、传动系的效率与减速比等都有关系，因而在数值上往往与实际情况有差别。

2燃油经济性的影响因素

2.1发动机与油耗的关系

发动机工作过程中影响油耗的两个重要因素是过量空气系数和发动机负荷，这个值都有一个理论上的最佳值。

在实际工作过程中，过量空气系数和发动机负荷的实际值越接近理论值，汽车就越省油。

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。

发动机在负荷为90％、空燃比为1.05：

1时燃烧效率最高。

2.2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。

轮胎工作气压直接关系到汽车的燃油经济性。

胎面上的花纹是轮胎与路面直接接触的唯一部位，它的形状、排布蕴藏着轮胎科技的精华，直接影响着轮胎的附着力和滚动阻力等性能。

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轮胎要省油。

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。

2.3车重与油耗的关系

对一台使用中的车辆，车重对油耗的影响也大。

行驶同样的距离，越重的车做功越多。

也就需要更多的燃油。

2.4汽车的传动系对汽车燃油经济性的影响

汽车的传动系对汽车的燃油经济性有重要影响。

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。

因此现代汽车都是趋向于5档或以上变速器，或者采用无级变速，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。

由发动机负荷特性可知，当发动机负荷一样时，一般是转速越低燃油消耗率越小。

档位越多越省油，无级变速CVT更省油。

2.5风阻系数

汽车的造型对燃油经济性有重要影响，车速越快影响越大。

空气阻力与速度的平方成正比，这就是人们常说的“风阻”。

减小空气阻力主要是通过减少汽车的迎风面和空气阻力系数来实现。

迎风面积取决于汽车的大小和结构，空气阻力系数取决于车身造型。

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。

一般来说，车辆高速行驶中，最大的阻力就来自空气。

降低风阻系数，会较明显提高燃油经济性。

3提高燃油经济性的措施

3.1技术层面的措施

3.1.1提高燃油经济性的技术分析

（1）典型乘用车能量使用分析

在技术方面提高汽车燃油经济性，就要确定技术重点，要清楚能量在乘用车上的使用情况。

如图3-1是典型乘用车的能量使用情况，并分为城市和高速两种工况。

图3-1标准乘用车的能量使用图

结合图3-1，可以看出风阻损耗、滚动阻力、刹车制动、传动损耗和车上负载导致的能量损耗，其总和只占整体能量损耗的21％—27％左右。

因此虽然诸如车身空气动力学优化设计、减少滚动阻力、改进电器负载、刹车能量回收和车辆传动系统改进等技术都可以降低油耗，但是还不能成为技术攻关的重点。

图3-1显示发动机怠速工况和发动机损耗两项占全部能量损失的73％—79％左右，所以针对这两项的技术改进措施，才应该是汽车制造商需要重点攻关的技术方向。

（2）智能起停技术介绍

智能起停（Start—Stop）技术可以有效避免怠速工况的能量消耗，提高汽车的燃油经济性，因此应该是今后汽车制造商发展的重点之一。

如图3-2介绍的是标准起停系统结构图，其中包括发动机、增强型起动电机、变速器、发动机控制ECU、电池传感器、LIN总线和其他信号传感器。

Start-stop系统车辆在行驶过程中，驾驶员踩制动踏板停车，若此时满足一定的条件（档位、离合器状态、电池SOC、发动机水温、故障等），发动机会响应控制器的断油需求，进入怠速停机模式。

驾驶员可以通过传动链状态、加速踏板状态或者主开关状态来请求发动机重新起动，或者由电池状态、制动真空度不足状态或者空调需求自动起动。

目前标准的Start-stop系统可使综合油耗降低5％左右，有效地提高了车辆的燃油经济性。

图3-2标准Start-Stop系统

（3）汽油直接喷射技术的发展趋势分析

从经济性的角度来说，GDI技术能够有效地改善燃油经济性，可以降低12％～15％的油耗，而且该技术还有进一步降低油耗的潜力。

如果仅从燃料喷射方式来看，汽油直接喷入缸内燃烧式发动机，可宽泛地分为两大类：

点燃式GDI发动机（DISI）、均质压燃式发动机（HCCI）。

由于实现HCCI燃烧有不同的模式，所以有不同的命名，但是原理都是一样的。

而点燃式GDI发动机还可分为性质不同的两类：

均质点燃式GDI发动机（HCSI）、分层点燃式GDI发动机（SCSI）。

GDI发动机与典型的PFI发动机相比，理论上有如下优势：

①改善燃油经济性（不同测试循环比较结果显示，最多能够降低25％的油耗）：

分层燃烧模式下节气门全开，节流损失减低；分层燃烧模式下传热损失更小；由于缸内直接喷射，喷入的燃料可以降低混合气的温度，所以GDI发动机可以使用更高的压缩比；同样由于燃料的冷却作用，降低了GDI发动机对辛烷值的要求；冷却后的混合气密度增加，提高了GDI发动机的容积效率；由于采用燃料缸内直喷，车辆加速过程可以立即断油，避免了进气道喷射稀燃系统（PFI）发动机的进气道油膜影响。

②改善动态相应：

由于没有进气道油膜影响，减少了GDI发动机在车辆加速过程的喷油量。

③更精确的空燃比控制：

由于没有进气道油膜建立的过程，GDI发动机可以更快速的起动；在低温冷起动工况，GDI与PFI发动机相比，喷油量明显减少。

④扩展了废气再循环系统（EGR）的使用X围（减少了节气门的节流影响）。

⑤排放优势：

减少了冷起动时的HC排放；减少了二氧化碳的排放。

⑥增强了系统优化的潜力，GDI发动机更适合与start—stop系统和混合动力系统搭载在一起，共同作用，获得最大的节油效果。

目前国内外的研究热点集中在HCCI发动机研究，因为HCCI发动机可以使用更稀薄混合气，更高的压缩比，更大程度地降低发动机油耗。

但是由于HCCI发动机容易受到失火、爆震、功率等限制，并非在全部工况下都可以实现。

故即使HCCI发动机实现了产业化生产，也一定需要与多种GDI燃烧模式相结合。

当前增压型均质点燃式GDI燃烧技术相对比较成熟，已经实现产业化生产。

从技术上是切实可行的。

我国的汽车产业应该大力推广点燃式GDI发动机，吸收和消化目前国际上点燃式GDI技术，培养我国自己的点燃式GDI发动机研发力，提高我国GDI高压供油系统零部件的制造能力，为将来HCCI发动机技术的发展提供产业支持和技术保障。

另外积极支持HCCI发动机的研发工作，抢占发动机节油技术的制高点，为企业竞争作技术储备，努力争取未来10年的市场主导地位。

3.1.2提高燃油经济性的具体措施

（1）采用新技术。

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、稀燃技术等措施，较好地提高了燃油经济性。

如长城哈弗CUV柴油车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％。

混合动力车是目前切实可行的降低油耗的途经。

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油耗、低排放、高性价比的综合要求。

当然其它技术的出现同样可以达到降低油耗的目的，如采用CVT无级变速器。

（2）通过压缩比改善燃油经济性。

根据等容加热理论循坏。

汽油机的热效率为：

η＝1－ε1-k……………………………………..……………..3.1

式中：

ε为压缩比；k为绝热指数，单原子气体k=1.6，双原子气体k=1.4，三原子气体k=1.3。

显然，当压缩比占提高时，热效率增加，发动机动力性提高。

发动机油耗率降低。

试验表明。

在ε=7.5—9.5X围内，压缩比每提高一个单位。

油耗可以下降4％以上。

目前国内的轿车发动机基本是高速汽油发动机，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，还可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）改善进、排气系统。

改善进、排气系统的目的是减少进气管气流阻力，减少排气干扰，提高充气、排气效率。

进气管的结构和尺寸要保证有足够的流通截面，并保证管道的表面光洁，连接处平整，要减少气流转折以与流通截面突变，以减少气流的局部阻力。

进气门是整个进气管道中产生阻力最大的地方。

例如：

大众捷达汽车每缸采用5气门（3个进气门，2个排气门）结构，以增加进气充量。

汽油机进气管断面形状和尺寸，对燃油的雾化、蒸发和分配影响很大。

进气管断面过大，气流速度低，燃油液态颗粒易沉积于管壁，而且液态燃油的蒸发速率比较慢，结果使各缸混合气的分配不均匀，发动机油耗增加。

（4）选择合理的配气相位。

充气系数的变化特性、换气损失、燃烧室扫气作用、排气温度以与净化程度是综合评定配气相位的指标。

合理的配气相位选择是与发动机常用工作区相关的。

通常，配气相位的持续角较宽时。

发动机在高速时充气特性好，低速时充气特性差；当配气相位持续角窄时，则相反。

在我国汽车在城市运行条件下，车速偏低，发动机转速较低，所以应适当将持续角度变窄些。

（5）采用高强度、低质量的新材料。

数据显示，车重与油耗的关系成正比。

车重每下降10％。

油耗也会相应下降若干个百分点。

这也是日系车省油的一大原因。

（6）减少空气阻力系数。

汽车在高速行驶时。

空气阻力消耗的功率相当大，可达50％左右。

空气阻力的大小取决于汽车迎面面积A和空气阻力系数Cd。

汽车迎面面积取决于汽车的外形尺寸，难以改变。

因此，应主要改进空气阻力系数。

研究表明，空气阻力系数每降低10％。

可使汽车燃油经济性提高2％左右。

目前国内外采取减少空气阻力系数的主要措施有：

选择合理的车身外形。

对所有暴露部件进行空气动力学优化，以与在车身上加装各种导流装置。

3.2驾驶层面的措施

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。

从使用的角度，良好的驾车技术和习惯在很大程度上可提高燃油经济性。

以下措施可以降低油耗。

（1）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。

测试表明，原地轰一次大油门，至少等于行驶一公里。

（2）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。

因此建议较长时间怠速，还是熄火好。

（3）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。

（4）空档滑行不省油。

测试表明在60km/h的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（带档松油门）的测试结果是15.7mL，其滑行距离比空档短，是608米。

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。

因此带档滑行更省油。

（5）与时合理换档。

例如，骏捷的发动机是高转速发动机，建议一档在2000转/分换入二档，其它档位在2300—2500转/分换档。

85公里时速以内不用五档，市区行驶一般不用五档，90公里以上要换五档。

换档的动作要准确迅速与时，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，尽量使用高速挡行驶，避免在中间过度挡位停留过长时间。

在高速梢时不要拖档，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。

（6）适当的胎压可以降低油耗。

轮胎工作气压直接关系到汽车的燃油经济性和行驶安全性。

轮胎气压过低，滚动阻力加大，降低行车速度，增加燃油的消耗。

试验表明，当汽车各轮胎的气压均较标准降低49kPa，则会增加5％的油耗；而仅一侧两个轮胎较标准降低49kPa，则增加2.5％油耗；前轮一只轮胎较标准降低49kPa，则增加1.5％的油耗。

胎压过高时，轮胎与路面的接触面积减小，增加了单位面积上的负荷。

将加速胎冠中部的磨耗，这是胎压过高时轮胎磨损的特点。

胎压过高还使汽车平顺性降低，加速汽车部件的磨损和损坏，在不平路面上行驶时，胎压过高，汽车振动加剧，汽车垂直位移增加而消耗能量，使汽车的燃油消耗增加。

可见，“亏气”和“多气”均影响燃油经济性。

在实际使用中一定要注意经常检测胎压，每月至少检测一次，确保合适胎压。

（7）选用合适的润滑油。

在保证发动机良好润滑的前题下，应选用粘度较低的润滑油。

粘度小的润滑油阻力小，可降低油耗。

粘度太大，流动性不好，起动时输送机油慢，油压虽高，但流量小，而使冷起动困难。

此时，机件最容易出现短暂的干摩擦或半液体摩擦，这是造成发动机运动件磨损的最主要原因。

粘度太大，机件摩擦表面问的摩擦力也就增大。

它不仅会增大机件磨损，而且摩擦功增大，致使有效功率降低，燃油消耗增加。

只有在负荷大、环境较严重的条件下或发动机本身已磨损严重时，才选用粘度稍大的机油。

以保证摩擦表面间形成可靠的润滑层，减少机件磨损，保证密封作用。

（8）减少不必要的载重。

每次行车前，尤其长途行车前，检查汽车上的装载物，对不必要的物品要与时卸下，减少不必要的载重。

不宜把汽车当“储物室”使用。

（9）高速行驶应关上车窗。

为了减少行驶阻力，车速在80km/h以上时，应关上车窗。

此时，可根据需要启动送风系统或空调系统。

4混合动力对燃油经济性的提高

4.1混合动力汽车

混合动力汽车是为解决纯电动汽车续驶里程短而提出的一种动力方案。

它既有发动机，又有电机。

简单地说，就是将传统的发动机尽量做小，让一部分动力由电池电动机系统承担，通常也把它归入电动汽车。

显然，其动力系统的复杂性增加。

但是这种混合动力装置既可发挥发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可发挥电动机无污染、低噪声的好处，两者“并肩战斗”，取长补短。

它的优势主要体现在以下几个方面：

（1）可以改善发动机的工作状况，使发动机工作在万有特性的高效率区，因而具有很高的燃油利用率。

当需要大功率进行加速超车而内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，发动机富余的功率可给电池充电。

由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。

（2）由于可以避免发动机的冷起动，因而大大降低了发动机的排放，在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现局部的“零”排放，其废气排放可降低30%左右。

（3）有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。

可以利用现有的加油站进行加油，不必再为基础设施而投入大量资金。

（4）因为有了电池，可以十分方便地回收制动、下坡和怠速时的能量。

而且在军事上也有其特殊的地位，电池作为动力源不仅使车辆行进时基本没有噪声，而且它不像内燃机那样散出大量的热，因而可以避开敌人的远红外侦察，而在需要长驱直入时，发动机又可以提供足够的动力。

4.2混合动力技术与发动机改进技术的经济性对比

混合动力汽车被广泛认为是降低汽车排放和油耗的可行方案，混合动力汽车可通过下列途径达到节油目的：

（1）选择较小功率发动机；

（2）取消发动机怠速；（3）控制发动机工作在高效区；（4）发动机断油；（5）适当增大电池SOC窗口；（6）回收再生制动能量。

是否未来10年内乘用车的主流产品都将采用混合动力驱动模式呢？

美国能源基金会于2001年发表了《燃油经济性技术发展研究报告》，对比了混合动力和发动机改进技术的燃油经济性与成本分析。

报告是在各种基础车型上，分别采用4种改进方案，然后对比了改进后的油耗提升与成本增加。

改进方案A：

降低整车重量；空气动力学优化设计、减少滚动阻力、改进电器负载；发动机设计优化，提高效率、减少重量、减少摩擦、精确控制；42V的ISG系统；车辆传动系统改进。

改进方案B：

更多的降低整车重量；空气动力学优化设计、减少滚动阻力、改进电器负载；汽油直接喷射（GDI）发动机配合42V的ISG系统；更先进的车辆传动系统。

改进方案C：

电动系统提供小于25％的全部动力，怠速关闭发动机，刹车能回收，但是没有明显的电力单独驱动驾驶循环。

改进方案D：

电动系统提供30％~50％的全部动力，具有电力单独驱动驾驶循环，但是电力驱动并不覆盖全部的功率X围。

如果仅直观对比混合动力和基础车型的油耗，混动技术确实可以显著改善汽车的燃油经济性。

但是进一步分析数据，将燃油经济性提高率和成本增加率相除，就可以得到各种方案下油耗改进与成本增加的效率对比，如图4-1所示，纵坐标的数值越大，表明该方案的经济性越高。

此时发现，如果从投入和产出的经济角度比较，整车与发动机的改进方案A和B是最有效率的。

改进方案B的改进效率更是在大部分车型中领先于其他节油技术，在微型车和紧凑型这两种车型上，基于目前的技术发展水平，改进方案B的改进效率达到了改进方案C和D的2倍左右。

当然随着混合动力技术的提高，该技术的改进效率会不断提高，但是从经济角度来看，最近10年左右，整车与发动机的改进技术方案，才是汽车制造商提高燃油经济性的技术方向。

未来10年内高效混合动力的技术成本还比较高，在乘用车市场的占有率还处于推广的初期，还不能很快成为主流产品。

节油技术产品的市场份额对汽车公司平均油耗（CAFC）的改善有重大影响。

如图4-2所示，比如现阶段混合动力技术能够降低油耗达50％，由于混合动力轿车成本高，可能最近10年内仅占公司销售量的10％，公司平均油耗仅能降低5％，低于高效内燃机技术对公司平均油耗的影响。

4-1四种方案下不同车型的燃油经济性的对比

图4-2比较混合动力和高效内燃机技术

对降低公司平均油耗的效果

综合以上分析，本文认为混合动力的发展应该与高效整车和发动机改进技术相结合，因为即使在混合动力平台下，只有发动机、整车和电动系统的技术同时改进，才能推动混合动力技术的不断发展，两者是协调和统一的。

应该推广的是混合动力搭载高效发动机的双赢方案。

如果从汽车产业的整体来看，整车和发动机的节油技术改进应该是未来10年内汽车产业低碳化发展的主要方向。

4.3混合动力提高汽车燃油经济性的措施

混合动力电动汽车主要通过以下途径达到提高燃油经济性的目的：

限制发动机怠速；制动能量回收；降低发动机排放量；提高发动机效率；提高发动机附件工作效率。

（1