為什么汽車的等速百公里燃油消耗量在中等偏低車速時(shí)最小,而在低速和高速時(shí)都會(huì)增大?:每一輛汽車都有自己的經(jīng)濟(jì)時(shí)速。速度過高過低都會(huì)增加汽車油耗。為什么會(huì)
每一輛汽車都有自己的經(jīng)濟(jì)時(shí)速。速度過高過低都會(huì)增加汽車油耗。
為什么會(huì)這樣呢?其實(shí)這就是干多少活吃多少飯的道理,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載增加油耗必然增加。而發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率也不是一成不變的,具體與工況有關(guān)系。
具體情況我們看下圖:
這是來自某小型車的數(shù)據(jù),可以參考一下。當(dāng)車速60km/h的時(shí)候:滾動(dòng)阻力172N,風(fēng)阻131N。這時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為5046w,百公里油耗4.52L。
當(dāng)車速提升到80km/h的時(shí)候:滾動(dòng)阻力增加到189N,風(fēng)阻增加到232N。這時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為9379w,這就可以看出來各種阻力增加后發(fā)動(dòng)機(jī)功率也需要增加。發(fā)動(dòng)機(jī)干了更多的活,因此要吃更多的飯油耗也從4.52L/100km增加到5.34L/100km。
當(dāng)車速提升到110km/h的時(shí)候,滾動(dòng)阻力與風(fēng)阻都大幅度增加,尤其是風(fēng)阻成倍增加。發(fā)動(dòng)機(jī)此時(shí)要輸出20029w的功率才能維持這個(gè)速度,因此油耗也增加到6.91L/100km。
可能有人說了,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升后燃油效率也在提升,那為什么油耗反而增加呢?我們還是看這張圖:
可以看到發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速1689rpm時(shí),做1kw/h的功需要消耗390g燃油,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到3096rpm時(shí),做1kw/h的功只需要消耗275g燃油。那為什么高速油耗還是高于中速呢?主要是高速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率增加導(dǎo)致的,燃燒效率雖然提升了但是所需要的功率也增加很多。車速60km/h的時(shí)候,發(fā)動(dòng)機(jī)只需要輸出5046w功率即可。車速110km/h的時(shí)候,發(fā)動(dòng)機(jī)需要輸出20029w的功率,因此即使燃油效率提升了但是油耗扔然會(huì)增加。也是風(fēng)阻成倍增加后,油耗并沒有成倍增加的原因。
至于發(fā)動(dòng)機(jī)工況/效率可以參照發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖:
不同工況下發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量也不一樣,上圖中發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在橙色圈內(nèi)油耗是最低的。經(jīng)濟(jì)車速行駛下發(fā)動(dòng)機(jī)也在高效率區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)效率高油耗才會(huì)降下來。
每一臺(tái)車的最佳工況并不是一成不變的,與負(fù)載大小(實(shí)際載重量)還有一定的關(guān)系?蛰d與重載最省油時(shí)速都是不一樣的,因此一輛車的最省油時(shí)速也不是固定的。
其實(shí)這個(gè)問題的原因很簡(jiǎn)單,我覺得可以從這兩個(gè)方面來分析。
我們就拿燒開水來比喻吧。發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一口鍋和一個(gè)燃?xì)庠睿l(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力相當(dāng)于燒開的水。低速行駛時(shí)動(dòng)力需求很低,這時(shí)候相當(dāng)于鍋里水很少,火也很小。雖然火小看起來節(jié)省燃?xì),但是這點(diǎn)火只能把鍋底很小一部分加熱,鍋底其他地方溫度很低。這時(shí)候一部分熱量就會(huì)從鍋底高溫部分向低溫部分傳導(dǎo),很多熱量都散發(fā)掉了。同時(shí)火太小了燒水時(shí)間長(zhǎng),鍋散失的熱量也多。所以說小火苗燒水時(shí)看起來火苗小省燃?xì),但是熱量損失太多了,而且加熱時(shí)間太長(zhǎng)了,所以綜合來看并不省。
放到汽車上來說就是車速低,行駛時(shí)間長(zhǎng),增加了運(yùn)行時(shí)間。同時(shí)低轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)效率太低,所以并不省油。這點(diǎn)大家很容易體會(huì)的到,體會(huì)不到的話等堵車時(shí)看一眼瞬時(shí)油耗你就體會(huì)到了。
而最省油的車速相當(dāng)于鍋里的水不多不少,火比較大,這時(shí)候單位時(shí)間消耗的燃?xì)怆m然多了,但是大火充分利用了鍋的容積,鍋內(nèi)與水接觸的地方都被燒得很熱,更多的燃燒熱量被水吸收了,熱量浪費(fèi)反而少了。同時(shí)燒水的速度更快,時(shí)間更短,因此綜合算下來最節(jié)省。(請(qǐng)忽略圖中超低的油耗,湊數(shù)的,圖片里其實(shí)是帶檔滑行,不過正常情況下這個(gè)速度輕踩油門平路上瞬時(shí)油耗差不多也就5個(gè),算低了。)
而高速行駛相當(dāng)于把火開到最大,鍋里的水也加到最滿,這時(shí)火焰太大,一部分火焰從鍋底跑了出來,大量熱量散發(fā)到空氣中了。而且水太多導(dǎo)致加熱時(shí)間變長(zhǎng),浪費(fèi)的熱量就更多了。
空氣阻力也是很重要的因素,如果沒有空氣阻力的話最經(jīng)濟(jì)車速絕對(duì)會(huì)很高。
汽車行駛中要受到空氣阻力,而空氣阻力與車速的平方成正比。也就是說車速提高2倍,空氣阻力會(huì)提高4倍。高速行駛中的汽車很大一部分動(dòng)力都用來克服空氣阻力了。所以說車速太高的話發(fā)動(dòng)機(jī)需要消耗很多油來克服空氣阻力,因此油耗反而會(huì)升高。
由于每輛車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、風(fēng)阻系數(shù)等參數(shù)都不盡相同,所以不同的車輛最省油的速度也都不會(huì)一樣,所以不要再迷信某個(gè)速度就一定省油了。
想了解這個(gè)問題,可以先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線有個(gè)大概的認(rèn)識(shí)。
汽車的百公里燃油消耗量與發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線有關(guān),而發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線決定了一款發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
坐標(biāo)軸的左側(cè),是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)功率,單位是kw,它決定了發(fā)動(dòng)機(jī)到底能產(chǎn)生多大的能量。右側(cè)上方扭矩是指發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩,單位是Nm,這條曲線對(duì)于選車很重要,最大值決定了汽車最大牽引力的大小;右側(cè)下方是BSFC,是指有效燃油消耗率,單位是g/(kw.h),它反映的是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)每發(fā)出1kW功率,運(yùn)行1h的耗油量;坐標(biāo)軸的下方就是發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速,單位r/min。
有效燃油消耗率值越小,等速下發(fā)動(dòng)機(jī)百公里燃油消耗量小。一般為了保證車輛有最佳經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)和最低的油耗。要求發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)區(qū)間,在這個(gè)區(qū)間,發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率處于最佳范圍,有效燃油消耗率值也很小。
為了保證在不同的車速下,發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)一直或絕大部分工作時(shí)間處于經(jīng)濟(jì)區(qū)間,變速箱不同檔位不同速比,就起了作用。而且,經(jīng)濟(jì)區(qū)間內(nèi),越是靠近這個(gè)區(qū)間的中心,油耗消耗率越小,油耗消耗量越低。不同廠家的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)間的轉(zhuǎn)速范圍不同。變速箱與之匹配使其處于最佳區(qū)域的檔位速比設(shè)計(jì)也會(huì)不相同。
上圖是兩類變速箱的換擋曲線。CVT變速箱車型中低速對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1500rpm附近,這時(shí)候,因?yàn)橹械退偈亲畛S霉r,所以對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)區(qū)間的中心在1500rpm附近。該車型30~80km/h車速是其更低油耗運(yùn)行區(qū)域。而AT變速箱車型對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速在2500rpm附近,道理類似。
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一般燃油汽車在90公里時(shí)速油耗是最低,相對(duì)90公里時(shí)速以下或超過油耗相對(duì)增加。首先,車輛在靜止?fàn)顟B(tài)到啟動(dòng)時(shí)油耗是最大,特別是車輛在剛著車?yán)鋯?dòng)動(dòng)把車行駛起來的這段時(shí)間。冷車啟動(dòng)水溫低,沒達(dá)到正常工作溫度值,發(fā)動(dòng)機(jī)要啟動(dòng)加濃系統(tǒng),增加輔助噴射量,直到溫度上升到正常行駛溫度,這時(shí)油耗是正常行駛的3-4倍。接著在低速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比較小,混合氣體燃燒不充分車輛提速要不斷的加大油門。油耗就會(huì)不斷加大,特別是在市區(qū)走走停停的狀態(tài)。當(dāng)車輛行駛到90公里時(shí)速時(shí)均速時(shí)車輛由于慣性和風(fēng)阻達(dá)到最平衡狀態(tài),這是車輛油耗最低。當(dāng)超過90公里時(shí)速風(fēng)阻會(huì)慢慢變大,車輛要更多的油耗去克服風(fēng)阻使車輛以更高的速度行駛,這時(shí)油耗就會(huì)增加。所以低速和高速時(shí)汽車的耗油量都會(huì)比較大。
低速低檔位引擎負(fù)荷大,高速風(fēng)阻大。
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