動力系統(tǒng)的優(yōu)化匹配及車輛的使用保養(yǎng)對油耗的影響

楊俊武

（上海日野發(fā)動機(jī)有限公司，上海201401）

動力系統(tǒng)的優(yōu)化匹配及車輛的使用保養(yǎng)對油耗的影響

楊俊武

（上海日野發(fā)動機(jī)有限公司，上海201401）

分析了不同動力系統(tǒng)配置對油耗的影響，通過對動力系統(tǒng)的優(yōu)化匹配，使車輛在常用行駛狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)處于低油耗區(qū)運(yùn)行，可以有效地降低車輛的油耗。同時(shí)，闡述了車速、駕駛習(xí)慣以及車輛的維護(hù)保養(yǎng)對油耗的影響。

動力系統(tǒng)匹配駕駛習(xí)慣保養(yǎng)油耗

1 前言

在能源日趨緊張的今天，用戶對車輛的油耗越來越關(guān)注，如何有效降低車輛的油耗，是各整車制造企業(yè)和發(fā)動機(jī)制造企業(yè)面臨的一項(xiàng)重要的課題。

影響車輛油耗的因素很多，如發(fā)動機(jī)的油耗、整車的狀況（重量、迎風(fēng)面積、空氣阻力系數(shù)、滾動阻力系數(shù)等）、道路狀況、發(fā)動機(jī)與整車的匹配、駕駛習(xí)慣、維護(hù)保養(yǎng)等。

對于發(fā)動機(jī)油耗的改善，各發(fā)動機(jī)廠家都做了相當(dāng)細(xì)致深入的工作，并取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步，目前優(yōu)秀的國Ⅲ發(fā)動機(jī)的最低油耗可以達(dá)到190 g/ (kW·h)左右，標(biāo)定工況的油耗在210 g/(kW·h)左右，在排放法規(guī)日益嚴(yán)格的今天，單從發(fā)動機(jī)自身來說，可挖掘的潛力已不是很大。

在整車方面，各整車廠家也采取各種措施如降低車輛的自重、采用流線型車身、子午線輪胎等來盡量減少車輛運(yùn)行時(shí)的各種阻力，以降低整車的油耗。

作為一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)，車輛的油耗不僅僅依賴于發(fā)動機(jī)與整車自身，其與發(fā)動機(jī)與整車的優(yōu)化匹配、使用者的駕駛習(xí)慣、車輛的維護(hù)保養(yǎng)等方面均密切相關(guān)。

本文主要從動力系統(tǒng)的優(yōu)化匹配、駕駛習(xí)慣及車輛的維護(hù)保養(yǎng)等方面來探討如何進(jìn)一步改善車輛的油耗。

2 動力系統(tǒng)的優(yōu)化匹配對車輛油耗的影響

由于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩、油耗的變化范圍較為寬廣，且在整車設(shè)計(jì)時(shí)，一般均會考慮適當(dāng)?shù)呐ぞ貎湎禂?shù)等，導(dǎo)致車輛的最佳動力性區(qū)域與發(fā)動機(jī)的最佳燃油耗區(qū)域往往不一致。為了使車輛具有良好的油耗，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使車輛在實(shí)際常用行駛狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)處于低油耗區(qū)。為此，必須根據(jù)實(shí)際使用情況，對動力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化匹配，合理的選擇后橋（驅(qū)動橋）減速比及變速箱檔位數(shù)、速比等，以使車輛獲得良好的動力性和經(jīng)濟(jì)性。

2.1 后橋減速比的選擇

對于后橋的選擇，目前的趨勢是在保證動力性的情況下向小速比的方向發(fā)展。小速比的選擇，主要是考慮發(fā)動機(jī)的油耗特點(diǎn)，使車輛實(shí)際行駛時(shí)，發(fā)動機(jī)處于最佳油耗區(qū)域附近。

圖1為我公司某款發(fā)動機(jī)的外特性圖，由圖中可看出，該發(fā)動機(jī)的低油耗區(qū)域在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1 250~1 550 r/min之間。為了使車輛獲得較低的油耗，匹配時(shí)，應(yīng)使車輛在常用行駛狀況時(shí)，發(fā)動機(jī)處于該區(qū)域附近。

圖1 發(fā)動機(jī)的外特性圖

為了獲得最佳的油耗，分別對某客車廠提供的3種不同減速比的后橋進(jìn)行了匹配計(jì)算和分析，車輛配置參數(shù)見表1。表2為車輛滿載且處于最高檔位運(yùn)行時(shí)的計(jì)算分析結(jié)果。

從表2可以看出，隨著減速比的降低，在車速相同的情況下，發(fā)動機(jī)的油耗呈下降趨勢，如減速比從3.7降為3.08，油耗可降低約5%。這主要是受此時(shí)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速更接近最低油耗點(diǎn)的影響，通過客車廠的實(shí)車對比測試也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

表1 車輛配置參數(shù)

表23 種不同減速比配置的計(jì)算分析結(jié)果

當(dāng)然，由于后橋減速比的降低，其最大牽引力會隨之下降，同時(shí)車輛所能達(dá)到的最高車速也會有所增加。目前電控發(fā)動機(jī)一般均具有最高車速的限制功能，通過設(shè)置，可以將車輛的最高車速限制在合理的安全范圍內(nèi)。

一般來說，如車輛運(yùn)行區(qū)域主要集中在較平坦的高速道路上行使，選用小速比的后橋可以獲得較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。如運(yùn)行區(qū)域主要集中在坡度較大的道路上行駛，為了兼顧車輛的動力性能，可選用減速比稍大的后橋。

2.2 變速箱檔位、速比的選擇

變速箱的檔位越多，實(shí)際行駛時(shí)，通過調(diào)節(jié)越易使發(fā)動機(jī)處于最佳油耗區(qū)域。目前，重型卡車、大型客車所使用的變速箱逐漸在向多檔化、半自動/自動化方向發(fā)展，很重要的一個(gè)原因就是為了使車輛在具有良好的動力性、操縱性的同時(shí)，獲得更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

國內(nèi)重卡所配變速箱已經(jīng)有16檔或以上變速箱，這也是歐、美、日等國家重卡的主流配置，但因?yàn)樯婕暗匠杀镜确矫娴脑?，目前國?nèi)重卡所配變速箱大多為9檔或12檔變速箱。大型客車目前主要配置6檔變速箱，也有少數(shù)車型采用更多檔位的變速箱。

對于變速箱速比的選擇，也必須根據(jù)實(shí)際使用情況，特別是道路情況，結(jié)合可選的后橋減速比，進(jìn)行最優(yōu)匹配設(shè)計(jì)選擇，使車輛在實(shí)際常用行駛狀況下，發(fā)動機(jī)運(yùn)行于低油耗區(qū)，同時(shí)變速箱處于高檔位，以節(jié)省燃油消耗。

表3為我公司發(fā)動機(jī)與同一后橋（減速比3.36），3種不同變速箱匹配時(shí)的油耗分析結(jié)果，車輛其他的配置參數(shù)見表1。

表33 種不同變速箱配置的計(jì)算結(jié)果對比

從表中可看出，使用具有8檔的變速箱3最優(yōu)，不僅在低檔時(shí)能獲得最大的牽引力，使車輛有良好的起步加速性能，而且在行使時(shí)能獲得與變速箱1相近的較好的油耗。使用變速箱2燃油經(jīng)濟(jì)性最差，主要是由于在車輛常用行駛速度100 km/h左右時(shí)，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速在1 750 r/min左右，已偏離發(fā)動機(jī)的最低燃油區(qū)較遠(yuǎn)的緣故。

3 車輛的使用保養(yǎng)對油耗的影響

車輛的油耗不僅與發(fā)動機(jī)及整車自身的設(shè)計(jì)、匹配、制造水平相關(guān)，而且駕駛員的駕駛習(xí)慣及車輛的維護(hù)保養(yǎng)等對車輛的油耗也有重要的影響。

3.1 行駛車速對車輛油耗的影響

隨著車速的增加，車輛所受的空氣阻力大幅增加，所示的空氣阻力Fair與車速v的二次方成正比，其計(jì)算公式見式（1）。

式中，

Cd——空氣阻力系數(shù)；

A——車輛迎風(fēng)面積，m2；

v——車速，km/h。

從表2可看出，對大型客車而言，車速從90 km/h左右開始，每增加10 km/h，車輛的百公里油耗約增加10%左右。因此在車輛行駛時(shí)，如能對車輛的最高車速進(jìn)行合理的控制（如將其控制在100 km/h），可有效地降低車輛的百公里油耗，從而降低車輛的營運(yùn)成本。

3.2 駕駛習(xí)慣對車輛油耗的影響

為了降低車輛的油耗，車輛應(yīng)盡量勻速行駛，避免頻繁踩踏、松開油門踏板，使車輛處于頻繁的轉(zhuǎn)速波動中。試驗(yàn)表明，當(dāng)由非勻速的行駛（車速80±10 km/h）變?yōu)榻咏鼊蛩傩旭偅?0±2 km/h），燃油耗可改善10%以上。

同時(shí)，在駕駛過程中，應(yīng)盡量避免急起步、急加速，因從急踩油門踏板開始，到獲得最終的噴油量二者間總會有一定的時(shí)間差，經(jīng)常會出現(xiàn)急加速后又需馬上減速的情況，如此反復(fù)，造成極大的不必要的燃油消耗。

3.3 車輛的檢查保養(yǎng)對油耗的影響

車輛輪胎的氣壓、空濾器、發(fā)動機(jī)的機(jī)油濾清器、燃油濾清器等的定期檢查、保養(yǎng)，不僅對車輛的使用壽命有重要影響，而且對車輛的油耗也有較大影響。

車輛的輪胎總會存在自然漏氣的現(xiàn)象，隨著輪胎氣壓的降低，其滾動阻力系數(shù)迅速增加，從而導(dǎo)致車輛行駛時(shí)滾動阻力增加，油耗上升。為了有效地降低油耗，須定期進(jìn)行輪胎氣壓的檢查，使其保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。圖2為在自然漏氣狀況下，某型輪胎的氣壓隨時(shí)間的變化關(guān)系。研究表明，當(dāng)輪胎的氣壓比正常氣壓低10%時(shí)，油耗增加約5%。

圖2 輪胎氣壓隨時(shí)間的變化

當(dāng)空濾器、燃油濾清器使用時(shí)間過長，會引起進(jìn)氣阻力、燃油流動阻力增大，燃油耗增加。試驗(yàn)表明，如使用未按規(guī)定進(jìn)行及時(shí)保養(yǎng)而產(chǎn)生一定程度堵塞的空濾器，會使車輛的油耗增加3%左右，不僅如此，堵塞嚴(yán)重時(shí)還會造成排氣冒黑煙、車輛動力性不足等故障。

4 結(jié)論

（1）通過選擇不同的后橋及變速箱速比，對動力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化匹配，使車輛在實(shí)際常用行駛狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)處于低油耗區(qū)運(yùn)行，可以有效地降低車輛的油耗。采用較多檔位變速箱與較小速比的后橋組合，可以使車輛在具有良好動力性的同時(shí)，獲得較好的油耗。通過采用不同的匹配方案，車輛的油耗可能相差5%以上。

（2）駕駛習(xí)慣及車輛的使用保養(yǎng)對車輛的油耗具有較大的影響。駕駛時(shí)，對車速進(jìn)行合理的控制，同時(shí)盡量保持車輛平穩(wěn)運(yùn)行，避免急加減速，可以有效地降低車輛的油耗。同一車輛、同一路段，不同的駕駛?cè)藛T、駕駛習(xí)慣，油耗可能相差10%以上。按車輛的使用保養(yǎng)規(guī)定及時(shí)對輪胎氣壓、空濾器、機(jī)油濾清器、燃油濾清器等進(jìn)行及時(shí)的檢查、保養(yǎng)和更換，可以使車輛的油耗及動力性等均保持在良好的狀態(tài)。

1《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

2武田信之著，方泳龍譯.載貨汽車設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，1997.

表5 多缸柴油機(jī)振動品質(zhì)分級評定表

表6 振動烈度實(shí)測值和計(jì)算值對比

5 結(jié)束語

本項(xiàng)目以6V150柴油機(jī)臺架試驗(yàn)系統(tǒng)為工程背景，深入開展了針對中大功率柴油機(jī)的懸置減振技術(shù)研究。在研究過程中，理論分析和試驗(yàn)測試均表明，本研究所取得的內(nèi)燃機(jī)整機(jī)振動控制效果達(dá)到了項(xiàng)目任務(wù)書所下達(dá)的振動控制指標(biāo)要求。

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Effects of Power train Match Optimization and Vehicle Operation and Maintenance on Fuel Consumption

Yang Junwu
(Shanghai Hino Engine Company Limited,Shanghai 201401,China)

The power train has important effects on the vehicle′s fuel consumption.By optimizing power train,engine can run in low fuel consumption area when vehicle is driven at normal speed,thus vehicle′s fuel consumption being reduced.At the same time,effects of vehicle speed,driving habit and vehicle maintenance on fuel consumption are introduced.

power train,matching,driving methods,maintenance,fuel consumption

來稿日期：2009-01-12

楊俊武（1973-），男，工程師，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)及分析。