汽车理论第二章com

第二章 汽车理论第二章com

摘 要

汽车的燃油经济性是指汽车以最小的燃油消耗量完成单位运输工作的能力，是汽车重要的使用性能之一。

本章第一对学习本章的意义和方法进行概括性论述，然后具体讨论汽车燃油经济性的评判指标，即等速百公里燃油消耗量；依照发动机的万有特性图和汽车的功率平稳图，对汽车的燃油经济性进行初步估算，如等速行驶、加速、减速和怠速停车等行驶工况的燃油消耗量运算方法；在此基础上分析讨论发动机性能、汽车结构及合理使用对汽车燃油经济性的阻碍；最后通过燃油经济性试验和实例运算来说明以上所述理论内容的具体应用。

引 言

近年来，汽车消费增长与国内石油供应不足的矛盾开始凸显出来，油价上涨，单位运输成本也随之上涨，给国家、企业、个人带来庞大缺失。专门是经济危机时期，这种矛盾更显突出，更应该通过进展和应用新技术，合理使用汽车，降低燃油消耗，提高汽车燃油经济性，对降低汽车运输成本，充分利用石油资源，减少排气污染，爱护环境具有十分重要的意义。

石油是现代工业专门是交通运输业的要紧能源，又是化工业的差不多原料，因此它是国民经济和国防建设不可缺少的战略物资。在汽车运输成本中，燃油费用已占40％左右，我国汽车运输消耗的汽油占汽油总产量的90％。作为一次性能源的石油，其储藏量随开采量的不断增加而逐步减少，据推测世界石油储量仅够坚持45年。因此，分折汽车的燃油经济性对设计、制造和使用汽车的节约燃油拥有重要意义。

汽车燃油经济性是汽车的一个重要性能，也是每个拥有汽车的人最关怀的指标之一。它关系到每个人的切身利益，在汽车说明书中大致最引人注意的技术规格也是燃油消耗。燃油经济性好，能够降低汽车费用、减少国家对进口石油的依靠性、节约石油资源；同时也降低了发动机产生的CO2的排放量，起到防止全球变暖的作用。由于节约能源和减少消耗能源时产生的温室效应已成为全球关注的重大事件，因此降低汽车燃油消耗看起来就成了各国政府、汽车制造者和使用者的一个永恒的课题。

本章中，建立了汽车等速百公里燃油消耗量曲线，把等速百公里燃油消耗量作为汽车燃油经济性评判指标；介绍了燃油经济性循环行驶试验工况的各工况燃油消耗量运算方法；进而讨论发动机性能、汽车结构及合理使用对汽车燃油经济性的阻碍，比如提高压缩比、采纳轻量化材料以及改善驾驶技术等；最后通过燃油经济性试验和实例运算来说明以上所述理论内容的具体应用。

第一节 汽车燃油经济性的评判指标

汽车燃油经济性的评判通常用一定运行工况下汽车行驶100km的燃油消耗量或单位运输工作量的燃油消耗量来衡量，也有用单位燃油消耗量行使汽车行驶的里程来评判的。 我国及欧洲国家的汽车燃油经济性指标用L/100km作单位，即汽车在一定的工况下行驶100km所消耗燃油的升数。其数值愈大，汽车的燃油经济性愈差。美国用MPG即mile/USgal为单位，它表示每美加仑燃油能使汽车行驶的英里数，数值愈大，汽车的燃油经济性愈好。

汽车运输企业常用L/100t·km为单位，表示每完成100t·km的客、货运输量所消耗燃油的升数。客运一殷10人折合为1t。

评判汽车燃油经济性指标的方法专门多，其中等速行驶百公里燃油消耗量是比较简单而且被广泛应用的一种评判指标。它指汽车在一定载荷〔我国标准规定轿车为半载、货车为满载〕 图2-1 部分汽车等速百公里燃油消耗量曲线

下，以最高档在良好水平路面上等速行驶100km的燃油消耗量。测出每隔10km/h速度间

隔的等速百公里燃油消耗量，然后在以车速为横轴，百公里燃油消耗量为纵轴，在图上绘制等速百公里燃油消耗量的特性曲线。用它能够来评判汽车的燃油经济性和找出经济车速的范畴。图2—1是部分车型的等速百公里燃油消耗量特性曲线。

然而，等速行驶工况并没有全面反映汽车真实的运行情形。汽车在行驶时，除用不同的速度作等速行驶外，还会依照不同情形显现加速、减速和怠速停车等工况，专门是在市区行驶的汽车，上述行驶工况会显现得更加频繁。因此各国都制定了一些符合自己国情的循环行驶工况试验标准来模拟实际汽车运行状况，并以其百公里燃油消耗量来评判汽车相应行驶工况的燃油经济性。近年来，我国已先后制定了轿车、微型汽车、不同类型的货车及客车的多工况循环试验方法标准，并以循环工况燃油消耗量作为汽车燃油经济性的综合评判指标。同时，汽车等速百公里燃油消耗量和最高档全油门加速行驶500m的加速燃油消耗量亦作为单项评判指标。

第二节 汽车燃油经济性的运算

在汽车设计、改装和新产品开发工作中，需要依照发动机的万有特性图和汽车的功率平

衡图，对汽车的燃油经济性进行初步估算，下面着重介绍汽车等速行驶，加速、减速和怠速停车等行驶工况的燃油消耗量运算方法。

一、等速行驶百公里燃油消耗量的运算

当汽车在良好水平路面上以最高档某一车速等速行驶时，发动机发出的功率P应与汽

车行驶时的阻力功率平稳，从发动机负荷特性图中可得到发动机相应工况下的有效燃油消

耗率b，那么等速行驶的百公里燃油消耗量为

asuPbQ02.1 〔L/100km〕 〔2－1〕 式中 Qs——等速百公里燃油消耗量，L/100km；

b——发动机有效燃油消耗率，g／(kW·h)；

γ——燃油重度〔比重〕。按国家标准规定，在气温20℃，气压100kPa的标准状态下，汽油重度为7.28N／L，柴油重度为8.14N／L。

现在发动机应发出的功率为

31()360076140aDaeTGfuCAuP 〔kW〕

将上式代入式(2—1)，得

15.2136722aDtsAuCGfbQ 〔L/100km〕 〔2－2〕

假设发动机各转速下的负荷特性及有关汽车的结构参数，便专门容易求出汽车等速行

驶百公里燃油消耗量特性曲线，即Qs—ua曲线。

此外，还可用(2—2)式来分析汽车结构因素对燃油经济性的阻碍。

二、多工况循环行驶燃油经济性的运算

多工况循环一样由等速段、加速段、减速段和怠速段所组成，只要运算出各段的燃油消耗量，就能运算出按规定循环行驶的百公里燃油消耗量。

1.等速工况燃油消耗量的运算

图2—2为某车用汽车发动机的万有特性曲线，图上有等燃油消耗率曲线，依照这些曲线能够确定发动机在某一转速n、发出某一功率P时的有效燃油消耗率b。为了运算方便，按发动机转速n和车速ua的换算关系在万有特性图的横坐标上画出汽车最高档的行驶车速比例尺。

运算时要由的汽车结构参数按下式

31()360076140aDaeTGfuCAuP

运算出以某一规定速度等速行驶的汽车阻力功率P值，在万有特性图上可查出相应的有效燃油消耗率b，从而运算出以该车速等速行驶段单位时刻的燃油消耗量Qt

367PbQt 〔mL/s〕 〔2－3〕

整个等速段行程为S米，行驶时刻为t秒的燃油消耗量Q为

auPbSQ102 〔mL〕 〔2－4〕

图2-2 汽油发动机万有特性

2．等加速行驶工况燃油消耗量的运算

汽车在加速行驶时，发动机还要提供为克服加速阻力所消耗的功率。假设加速度为du/dt，

那么发动机应提供的功率为

dtdugGuAuCGfuPaaDat360076140360013 〔kW〕

如多工况循环中某一等加速段为图2—3，需要运算由ua1加速到ua2过程的燃油消耗量。可将加速过程分隔为假设干区间，例如按速度每增加1km／h为一个小区间，加速度du/dt，可按上式求得小区间起始或终了对应的发动机功率P值。利用万有特性图，由已求得的发动机功率P及其对应的车速ua查出有效燃油消耗率b值，代入式(2—3)便可求出相应时刻的单位时刻燃油消耗量Qt。

图2-3 加速过程的燃油消耗量运算

当汽车加速行驶，车速每增加1km/h所用时刻为△t时，那么

dtdut6.31 〔s〕

从初始速度ua1加速至ua1+1km／h时的燃油消耗量为

tQQQttt1021 〔mL〕

式中 Qt0——车速为ua1时，t0时刻的单位时刻燃油消耗量，mL/s；

Qt1——车速为ua1+1km／h时，t1时刻的单位时刻燃油消耗量，mL/s。

同理，车速由ua1+1km／h再增1km／h时的燃油消耗量Q2为

tQQQtt21221 〔mL〕

式中 Q2——车速为ua1+2km／h时，t2时刻的单位时刻燃油消耗量，mL/s 。

依次可运算出每个小区间加速的单位时刻燃油消耗量

tQQQtt32321

……

tQQQtnntn121

由ua1加速到ua2整个加速段的燃油消耗量Qa为

niniaQQQQQQ1321 〔mL〕 〔2－5〕

或 11021nititntatQtQQQ 〔mL〕 〔2－6〕

加速段汽车行驶的距离为

dtduuuSaaa92.252122 〔m〕 〔2－7〕

3．等减速行驶工况燃油消耗量的运算

在减速段，汽车作减速行驶时，应完全放松油门踏板，离合器仍旧接合，必要时，承诺使用轻微制动。现在发动机处于怠速状态，因此等减速段的燃油消耗量等于减速行驶的时刻

与发动机怠速燃油消耗率的乘积。其中减速时刻为

dtduuutaa6.332 〔s〕

式中 ua2——等减速段起始车速，km/h；

ua3——等减速段终了车速，km/h；

du/dt——减速度，2ms。

故减速段的燃油消耗量为

233.6aaduuQQdudt 〔mL〕 〔2－8〕 i 式中 Qd——等减速段的燃油消耗量，mL；

Qi——发动机怠速时的燃油消耗率，mL/s。

减速段汽车行驶的距离为

dtduuuSaad92.252322 〔m〕 〔2－9〕

4．怠速停车工况燃油消耗量的运算

如多工况循环中没有怠速停车段，怠速停车时刻为ts，发动机怠速燃油消耗率为Qi，那么