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为什么汽车的等速百公里燃油消耗量在中等偏低车速时最小,而在低

2020-07-29 11:40阅读(130)

为什么汽车的等速百公里燃油消耗量在中等偏低车速时最小,而在低速和高速时都会增大?:每一辆汽车都有自己的经济时速。速度过高过低都会增加汽车油耗。为什么会

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每一辆汽车都有自己的经济时速。速度过高过低都会增加汽车油耗。

为什么会这样呢?其实这就是干多少活吃多少饭的道理,发动机负载增加油耗必然增加。而发动机热效率也不是一成不变的,具体与工况有关系。

  1. 低速行驶时发动机利用率低,低转速运行时发动机进气效率低、热效率低,因此市区行驶时的油耗明显高于市郊油耗。
  2. 高速行驶时发动机利用率虽然增加了 ,但是车辆阻力增加。车辆行驶中有两个阻力,一个是滚动阻力、一个是迎头风带来的阻力。

具体情况我们看下图:
这是来自某小型车的数据,可以参考一下。当车速60km/h的时候:滚动阻力172N,风阻131N。这时候发动机输出功率为5046w,百公里油耗4.52L。

当车速提升到80km/h的时候:滚动阻力增加到189N,风阻增加到232N。这时候发动机输出功率为9379w,这就可以看出来各种阻力增加后发动机功率也需要增加。发动机干了更多的活,因此要吃更多的饭油耗也从4.52L/100km增加到5.34L/100km。

当车速提升到110km/h的时候,滚动阻力与风阻都大幅度增加,尤其是风阻成倍增加。发动机此时要输出20029w的功率才能维持这个速度,因此油耗也增加到6.91L/100km。

可能有人说了,发动机转速提升后燃油效率也在提升,那为什么油耗反而增加呢?我们还是看这张图:
可以看到发动机低转速1689rpm时,做1kw/h的功需要消耗390g燃油,当发动机转速上升到3096rpm时,做1kw/h的功只需要消耗275g燃油。那为什么高速油耗还是高于中速呢?主要是高速行驶时发动机输出的功率增加导致的,燃烧效率虽然提升了但是所需要的功率也增加很多。车速60km/h的时候,发动机只需要输出5046w功率即可。车速110km/h的时候,发动机需要输出20029w的功率,因此即使燃油效率提升了但是油耗扔然会增加。也是风阻成倍增加后,油耗并没有成倍增加的原因。

至于发动机工况/效率可以参照发动机万有特性图:

不同工况下发动机燃油消耗量也不一样,上图中发动机运转在橙色圈内油耗是最低的。经济车速行驶下发动机也在高效率区间运转,发动机效率高油耗才会降下来。

每一台车的最佳工况并不是一成不变的,与负载大小(实际载重量)还有一定的关系。空载与重载最省油时速都是不一样的,因此一辆车的最省油时速也不是固定的。

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其实这个问题的原因很简单,我觉得可以从这两个方面来分析。

发动机效率

我们就拿烧开水来比喻吧。发动机相当于一口锅和一个燃气灶,发动机输出动力相当于烧开的水。低速行驶时动力需求很低,这时候相当于锅里水很少,火也很小。虽然火小看起来节省燃气,但是这点火只能把锅底很小一部分加热,锅底其他地方温度很低。这时候一部分热量就会从锅底高温部分向低温部分传导,很多热量都散发掉了。同时火太小了烧水时间长,锅散失的热量也多。所以说小火苗烧水时看起来火苗小省燃气,但是热量损失太多了,而且加热时间太长了,所以综合来看并不省。

放到汽车上来说就是车速低,行驶时间长,增加了运行时间。同时低转速时发动机效率太低,所以并不省油。这点大家很容易体会的到,体会不到的话等堵车时看一眼瞬时油耗你就体会到了。

而最省油的车速相当于锅里的水不多不少,火比较大,这时候单位时间消耗的燃气虽然多了,但是大火充分利用了锅的容积,锅内与水接触的地方都被烧得很热,更多的燃烧热量被水吸收了,热量浪费反而少了。同时烧水的速度更快,时间更短,因此综合算下来最节省。(请忽略图中超低的油耗,凑数的,图片里其实是带档滑行,不过正常情况下这个速度轻踩油门平路上瞬时油耗差不多也就5个,算低了。)

而高速行驶相当于把火开到最大,锅里的水也加到最满,这时火焰太大,一部分火焰从锅底跑了出来,大量热量散发到空气中了。而且水太多导致加热时间变长,浪费的热量就更多了。

空气阻力

空气阻力也是很重要的因素,如果没有空气阻力的话最经济车速绝对会很高。

汽车行驶中要受到空气阻力,而空气阻力与车速的平方成正比。也就是说车速提高2倍,空气阻力会提高4倍。高速行驶中的汽车很大一部分动力都用来克服空气阻力了。所以说车速太高的话发动机需要消耗很多油来克服空气阻力,因此油耗反而会升高。

由于每辆车发动机、变速箱、风阻系数等参数都不尽相同,所以不同的车辆最省油的速度也都不会一样,所以不要再迷信某个速度就一定省油了。

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想了解这个问题,可以先对发动机的万有特性曲线有个大概的认识。

汽车的百公里燃油消耗量与发动机的万有特性曲线有关,而发动机的万有特性曲线决定了一款发动机的性能。

坐标轴的左侧,是发动机实时功率,单位是kw,它决定了发动机到底能产生多大的能量。右侧上方扭矩是指发动机的转矩,单位是Nm,这条曲线对于选车很重要,最大值决定了汽车最大牵引力的大小;右侧下方是BSFC,是指有效燃油消耗率,单位是g/(kw.h),它反映的是发动机发动机每发出1kW功率,运行1h的耗油量;坐标轴的下方就是发动机的实时转速,单位r/min。

有效燃油消耗率值越小,等速下发动机百公里燃油消耗量小。一般为了保证车辆有最佳经济性表现和最低的油耗。要求发动机运行在经济区间,在这个区间,发动机的工作效率处于最佳范围,有效燃油消耗率值也很小。

为了保证在不同的车速下,发动机会一直或绝大部分工作时间处于经济区间,变速箱不同档位不同速比,就起了作用。而且,经济区间内,越是靠近这个区间的中心,油耗消耗率越小,油耗消耗量越低。不同厂家的发动机经济区间的转速范围不同。变速箱与之匹配使其处于最佳区域的档位速比设计也会不相同。

上图是两类变速箱的换挡曲线。CVT变速箱车型中低速对应发动机转速在1500rpm附近,这时候,因为中低速是最常用工况,所以对应发动机的经济区间的中心在1500rpm附近。该车型30~80km/h车速是其更低油耗运行区域。而AT变速箱车型对应转速在2500rpm附近,道理类似。


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一般燃油汽车在90公里时速油耗是最低,相对90公里时速以下或超过油耗相对增加。首先,车辆在静止状态到启动时油耗是最大,特别是车辆在刚着车冷启动动把车行驶起来的这段时间。冷车启动水温低,没达到正常工作温度值,发动机要启动加浓系统,增加辅助喷射量,直到温度上升到正常行驶温度,这时油耗是正常行驶的3-4倍。接着在低速行驶时发动机转速比较小,混合气体燃烧不充分车辆提速要不断的加大油门。油耗就会不断加大,特别是在市区走走停停的状态。当车辆行驶到90公里时速时均速时车辆由于惯性和风阻达到最平衡状态,这是车辆油耗最低。当超过90公里时速风阻会慢慢变大,车辆要更多的油耗去克服风阻使车辆以更高的速度行驶,这时油耗就会增加。所以低速和高速时汽车的耗油量都会比较大。

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低速低档位引擎负荷大,高速风阻大。