空調制冷狀態對輕型汽車燃料消耗量的影響研究

劉 爽 唐興貴 王益民 顧王文 閔 浪 許卿云

（中汽研汽車檢驗中心（昆明）有限公司 云南 昆明 651701）

引言

隨著汽車使用量的提升，汽車的使用時間越來越長，燃料消耗量的重要性也逐漸凸顯。一來隨著油價的變化，人們越來越關心汽車的燃油經濟性，其已成為人們購車和用車時考慮的一個重要因素。二來燃料消耗量數值直接關系到汽車尾氣中CO2的含量，眾所周知CO2是一種溫室氣體，關乎我們賴以生存的環境。

2020 年6 月2 日國家市場監督管理總局和國家標準化管理委員會發布的GB/T 19233-2020《輕型汽車燃料消耗量試驗方法》中規定了“開啟空調制冷狀態下燃料消耗量試驗方法”[1]。方法中指出可以使用WLTC（全球統一輕型車輛測試循環）[2]或者CLTC（中國輕型汽車行駛工況）循環，由于之前研究獲得CLTC 循環更加符合我國實際駕駛情況[3-6]，因此本文選用CLTC-P[7]循環進行相關試驗。本文通過實際試驗數據研究開啟空調制冷狀態對輕型汽車燃料消耗量的影響，以期引起足夠的重視。

1 試驗方案

1.1 測試流程

本次選用2 個車型（分別為轎車及SUV），各進行3 次開啟和關閉空調制冷狀態條件下的燃料消耗量試驗。單次試驗流程簡圖如圖1 所示。

圖1 燃料消耗量試驗流程

1）開啟空調條件下車輛燃料消耗量（FCON）測量方法

a）打開全部車窗，汽車空調空氣循環開關置于外循環位置，風量調節開關置于中間位置（向高擋位取整），此過程中壓縮機始終處于關閉狀態；

b）車輛以（90±2）km/h 等速行駛20 min；

c）關閉發動機和全部車窗。設定太陽輻射強度為（850±45）W/m2，車輛靜置30 min；

d）設定車輛空調后，立即進行燃料消耗量試驗（采用CLTC-P 循環）；

e）試驗過程中，以1 Hz 的采集頻率實時連續記錄乘員艙溫度測量點的溫度變化。

2）關閉空調條件下車輛燃料消耗量（FCOFF）測量方法

a）關閉太陽輻射，按照04-1、04-2 進行操作；

b）關閉車輛空調和全部車窗后，立即進行燃料消耗量試驗（采用CLTC-P 循環）。

1.2 試驗環境條件

試驗環境條件如下：

溫度：（30±2）℃；

濕度：（50±5）%rel.H.；

太陽輻射強度：車輛浸車和開啟空調制冷狀態下燃料消耗量試驗過程中（850±45）W/m2。

1.3 試驗設備

試驗過程中所用的主要設備見表1。

表1 主要試驗設備

1.4 試驗結果處理

油耗測試每個車型每組試驗（開啟空調和關閉空調試驗各一次為一組）進行3 次，滿足重復性檢驗要求后的試驗數據為有效數據。

按照GB 18352.6-2016 的要求進行道路載荷測量與測功機設置，進行排放量計算（按照附錄CE 的規定計算CO2、CO、HC 排放量）。

用上述方法得到的CO2、CO、HC 排放量，分別計算各速度段綜合燃料消耗量。采用式（1）計算燃料消耗量，單位為L/100 km。

式中：FC 為燃料消耗量，單位為L/100 km；HC 為測得的碳氫排放量，單位為g/km；CO 為測得的一氧化碳排放量，單位為g/km；CO2為測得的二氧化碳排放量，單位為g/km；D為288 K（15 ℃）條件下試驗燃料的密度，單位為kg/L。

按式（2）計算3 次試驗結果的第95 百分位分布的標準差σ，并將3 次測量結果中最大燃料消耗量與最小燃料消耗量之差ΔQmax與σ 值進行比較：

如ΔQmax不大于σ，則視為通過重復性檢驗；否則為沒有通過。

式中：σ 為第95 百分位分布的標準差，單位為L/100 km；為3 次試驗所測得燃料消耗量的算術平均值，單位為L/100 km。

注：需分別對開啟空調和關閉空調試驗結果進行重復性檢驗。

2 試驗結果與分析

開啟空調后整車油耗的增幅為：

2.1 綜合燃料消耗量試驗結果分析

某轎車綜合燃料消耗量試驗結果如圖2 所示。

由圖2 可以看出對于試驗轎車來說空調開啟時燃料消耗量增幅約為36%。

圖2 某轎車綜合燃料消耗量試驗結果

某SUV 綜合燃料消耗量試驗結果如圖3 所示。

圖3 SUV 綜合燃料消耗量試驗結果

由圖3 可以看出對于試驗SUV 來說空調開啟時燃料消耗量增幅約為20%。

雖然不同車輛性能表征會有所差異（即使是同一車型的不同車輛表征也會有所差異），但是就目前試驗數據來看空調開啟狀態時的燃料消耗量較空調關閉狀態時的燃料消耗量均有較大增幅，且增幅均在15%以上，最大的時候可達到40%以上。由此可見空調對于油耗的影響十分顯著。

上述研究內容重點針對綜合（即整個CLTC 循環）燃料消耗量，但是CLTC 循環分為低速、中速、高速3 個階段，分別對應平時我們駕車時的市區、市郊和高速3 種場景。為了更加明顯地區分空調開啟狀態對燃料消耗量影響出現在哪種速度區間，下面會依次對各速度區間進行分析，以期得到空調對油耗影響最大的速度區間。

2.2 低速段燃料消耗量試驗結果分析

低速段主要特征如表2 所示。

表2 低速段主要特征

某轎車低速段燃料消耗量試驗結果如圖4所示。

圖4 某轎車低速段燃料消耗量試驗結果

由圖4 可以看出對于試驗轎車來說，在低速段空調開啟時燃料消耗量增幅約為63%。

某SUV 低速段燃料消耗量試驗結果如圖5所示。

圖5 SUV 低速段燃料消耗量試驗結果

由圖5 可以看出對于試驗SUV 來說，在低速段空調開啟時燃料消耗量增幅約為36%。

2.3 中速段燃料消耗量試驗結果分析

中速段主要特征如表3 所示。

表3 中速段主要特征

某轎車中速段燃料消耗量試驗結果如圖6 所示。

圖6 某轎車中速段燃料消耗量試驗結果

由圖6 可以看出對于試驗轎車來說，在中速段空調開啟時燃料消耗量增幅約為38%。

某SUV 中速段燃料消耗量試驗結果如圖7 所示。

圖7 SUV 中速段燃料消耗量試驗結果

由圖7 可以看出對于試驗SUV 來說，在中速段空調開啟時燃料消耗量增幅約為17%。

2.4 高速段燃料消耗量試驗結果分析

高速段主要特征如表4 所示。

表4 高速段主要特征

某轎車高速段燃料消耗量試驗結果如圖8 所示。

由圖8 可以看出對于試驗轎車來說，在高速段空調開啟時燃料消耗量增幅約為18%。

圖8 某轎車高速段燃料消耗量試驗結果

某SUV 高速段燃料消耗量試驗結果如圖9 所示。

圖9 SUV 高速段燃料消耗量試驗結果

由圖9 可以看出對于試驗SUV 來說，在高速段空調開啟時燃料消耗量增幅約為12%。

由上述結果可以看出低速段油耗的影響最為顯著，那主要影響出現在什么時候呢？下面就低速段秒采數據進行單獨分析。

2.5 轎車低速段燃料消耗量秒采分析

轎車低速段燃料消耗量試驗結果如圖10 所示。

圖10 轎車低速段燃料消耗量試驗結果

由圖10 可以看出對于試驗轎車來說，各秒采點空調開啟時燃料消耗量較關閉時燃料消耗量正增長的點位約占96%，相當于基本整個低速段油耗都處在正增長范圍，其中最大的增長出現在630 s 速度37 km/h 時，約增長200%以上。

2.6 綜合分析

燃料消耗量統計結果如表5 所示。

表5 燃料消耗量統計

綜合上述試驗數據可知，不管是轎車還是SUV，在開啟空調制冷時油耗均會有所增加，且在低速段反應最為強烈，增幅可達35%以上。引起上述問題的主要原因是：

1）低速段（市區）時車輛換擋頻繁，轉速波動較大，發動機驅動空調所需的額外功率更多，導致對應的燃料消耗量更高[4-5，8]；

2）低速段多怠速，然而在空調開啟后，為了提高怠速穩定性并為發動機起步提供一定的儲備，需要適當提高發動機的怠速轉速，從而導致對應的燃料消耗量提高；

3）低速段與中速段和高速段相比，冷凝器換熱效率更低（由于速度偏低），從而導致空調系統的燃料消耗量增高。

3 結論

本文主要通過試驗研究開啟空調制冷狀態對輕型汽車燃料消耗量的影響，得出結論如下：

1）開啟空調制冷時的燃料消耗量較空調關閉時的燃料消耗量有較大增幅，增幅在15%以上，最大的時候可達到40%左右。由此可見空調對于油耗的影響十分顯著。

2）開啟空調制冷時的油耗增加在低速段時反應最為強烈，增幅可達35%以上。由此可見考慮燃油經濟性及溫室氣體污染時應該減少在市區行駛時的空調使用量。