第4章汽车燃油经济性能与检测Word文档下载推荐.docx
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4.1.2影响燃油经济性的因素
影响汽车燃油经济性的因素很多，如设计制造时主要有发动机和汽车结构、发动机与底盘匹配的科学合理性等。
使用时主要有发动机和汽车的技术状况、驾驶操作技术水平和汽车工作条件等。
下面将各结构因素和使用因素对汽车燃油经济性的影响分别讲述，同时探讨相应的节油途径与技术。
1.汽车结构的影响
汽车的结构对燃油经济性的影响是首要因素，其中包括发动机的有效热效率及其技术性能、底盘的传动效率及其技术性能、汽车及拖车的总质量、汽车外形的风阻系数等。
⑴发动机的影响：
汽车的燃油消耗量取决于发动机的有效热效率，而发动机的热效率又取决于发动机的种类、设计与制造水平、负荷率大小等。
①发动机的种类：
柴油机的有效热效率比汽油机高，特别是在部分负荷时，柴油机的有效燃油消耗率较低，这一特点对车用发动机尤为有利，因为汽车发动机运行中大部分时间为部分负荷工况，所以柴油车的燃油消耗比汽油车要节省20％～45％。
而且柴油机技术性能还有较大的改进空间，扩大柴油机的使用范围是当前的发展趋势。
如一些轿车也在使用体积小、技术性能高的柴油发动机。
图4.1是轿车用高性能柴油发动机，图4.2是轿车用电控汽油发动机。
图4.1轿车用柴油发动机
图4.2轿车用汽油发动机
②燃油供给系：
改进燃油供给系，使燃油得到良好的雾化和气化，并且与空气混合均匀，就能改善燃烧过程，从而提高燃油经济性。
如采用电子控制燃油喷射系统等。
③发动机的充气效率：
采用多气门技术和进气增压技术可极其有效地提高发动机的充气效率。
这不但有利于提高发动机的升功率，减小发动机的体积和质量，也有利于使发动机燃烧稀薄混合气。
④发动机燃烧稀薄混合气：
为了改善汽油发动机的燃烧过程，主要趋向是采用稀薄混合气分层燃烧，其空燃比可达18～21，既可以显著提高燃油经济性，又可降低排放污染。
⑤发动机的负荷率：
由于发动机的负荷特性，在转速一定的条件下，负荷率较高时，汽油机的加浓装置起作用之前，有效燃油消耗率较低，发动机在中等转速、较高负荷率下工作时，其燃油经济性较好。
根据试验，一般汽车在水平良好的路面上以常用速度行驶时，只利用到相应转速下最大功率的50％～60％，等于发动机最大功率的20％左右。
由此可见汽车实际使用中的大部分时间内，发动机的负荷率都是较低的。
因此，在保证动力性足够的前提下，汽车不宜装用功率过大的发动机，应提高发动机的功率利用率，降低汽车的燃油消耗量，从而提高汽车的燃油经济性。
⑥发动机的压缩比：
无论是对汽油机还是柴油机，提高压缩比均能使汽缸内的温度、压力上升，使火焰传播速度加快，同时燃烧产物的膨胀比增大，使燃烧热效率提高，从而改善发动机部分负荷时的经济性。
但是压缩比过高，对于汽油机，会引起爆燃和表面点火，使NOx的排放量升高，引起严重的空气污染；
对于柴油机，会使燃烧最高压力过分增高，造成零件的机械负荷过重，因此使摩擦损失增大，降低柴油机的寿命。
因此，在保证发动机其他性能的前提下，适当提高压缩比可以提高燃油经济性。
⑵传动系的影响
①变速器挡数：
变速器的挡位数越多，则在汽车行驶阻力变化时选择恰当的挡位，使发动机处于经济工作状况的机会就越多。
因此，近年来轿车手动变速器已基本上使用五挡；
大型货车有采用更多挡位的趋势，如解放CAl091汽车装用六挡变速器。
装载质量为4t的五十铃货车装用七挡变速器。
由专职驾驶员驾驶的重型汽车和牵引汽车的传动系挡数可多达10～16个。
挡数多，有利于改善汽车的燃油经济性；
但挡数过多，会使变速器或传动系的结构复杂，操纵不方便。
②超速挡的应用：
传动系直接挡的总减速比即为主减速器传动比，是根据良好路面上的功率平衡图及直接挡要求的动力因数来选择的。
这样选择传动比，在中等车速下行驶时，节气门开度仍然不大，发动机的燃油消耗率较高。
为了改善良好路面上行驶时的燃油经济性，常不改变主减速器传动比，而是在变速器中设置一个传动比小于1的超速挡。
在相同的车速和道路条件下，特别是在汽车负荷较小的情况下行驶时，用超速挡比用直接挡时发动机的转速低，负荷率高，故燃油的消耗率下降。
因而可降低汽车的百公里油耗量。
③主减速器传动比的影响：
主减速器的传动比选择得较小时，在相同的道路条件和车速下，同样使发动机的燃油消耗率较小，有利于提高燃油经济性。
但主减速器传动比过小，会导致经常被迫使用低一档的挡位，最小传动比挡位的利用率降低，反而使燃油消耗量增加。
⑶汽车质量的影响：
①汽车自重：
当汽车的自重质量过大时，会使发动机的负荷率增加，因而使无效燃油消耗率增加，汽车单位运输工作量的燃油消耗量增多。
所以，尽量减轻汽车自重能改善汽车燃油经济性。
如采用前轮驱动，使用高强度钢、铝合金、树脂、塑料等轻质材料制造汽车零部件等，以减轻汽车自重。
②汽车装载质量：
当汽车的装载质量（乘客）增加或挂有拖车时，因为载质量增加使发动机的负荷率增加，因而使有效燃油消耗率减小，虽然单位行程的燃油消耗量增加，由于运输效率得到提高，使得汽车单位运输工作量的燃油消耗量减少。
所以，减轻汽车自重和增加汽车的载质量或拖带挂车，都能改善汽车燃油经济性。
2.汽车使用因素的影响
已经定型汽车燃油消耗量的多少取决于汽车的技术状况和驾驶操作技术水平。
⑴汽车的技术状况：
汽车的燃油经济性在很大程度上取决于汽车的技术状况。
为了确保汽车的技术状况良好，必须正确执行规范的汽车保养，正确的保养和调整可以提高发动机的性能，并能降低汽车的机械摩擦系数和行驶阻力。
①发动机技术状况
A.燃油供给系:
及时养护进气系统和燃油供给系统，适时对燃油供给系进行检测和调整，改善混合气的形成，以提供理想的混合气成分，可以提高燃油经济性。
B.点火系：
点火正时不仅影响燃烧压力、速度，对热效率也有明显的影响。
点火正时的调整与发动机混合气浓度有关，混合气越稀，越需要将点火适当提前。
断电器间隙会影响点火提前角，故在调整点火提前角前，必须将触点间隙调整到规定值。
火花塞电极间隙一般情况下应适当偏大，这样可以提高点火系电极电压，增加点火能量，这对提高发动机经济性有利。
C.气门间隙：
它的变化将导致配气相位变化，从而影响进气效率。
会对发动机的混合气浓度和燃烧过程产生一定的影响，因此会影响燃油经济性。
在汽车保养的过程中检查气门间隙，保证其在规定值范围内。
D.汽缸压缩压力：
汽缸的压缩压力越大，表明汽缸与活塞、气门与气门座、汽缸垫等技术状况越好。
发动机做功行程瞬时产生有效压力越大，混合气点火燃烧速度越快，热损失就越小，发动机的动力性和燃油经济性就越好。
E.水温：
当发动机冷却水温过高时，发动机容易发生爆震，充气系数降低，功率下降，油耗增加。
当发动机冷却水温过高时，会影响发动机的热效率。
因此要保证冷却系的正常工作，应按要求对冷却系进行保养，冬季气温过低时应及时检查维护节温装置。
②底盘的技术状况：
A.传动系：
底盘传动系各零部件间配合不良，将消耗发动机的有效功率，使传动效率降低。
如离合器打滑会造成发动机的动力不能有效传递，使发动机油耗增加。
冬季使用夏季润滑油，因其黏度较大使运动机件运动阻力增加，油耗增加。
B.轮胎气压：
当轮胎气压低于标准时，轮胎变形增大，滚动阻力增加，燃油消耗增加。
C.前轮定位：
前轮定位不准，如前束失调，轮胎滚动将产生滑移，阻力增加，使油耗增加。
轮毂轴承调整不当，制动器发咬，阻力增加，油耗增加。
⑵驾驶和使用技术水平：
驾驶技术是影响汽车燃油消耗的主要因素之一。
正确驾驶操作可大大降低汽车的燃油消耗量。
据统计，在其他条件相同时，仅由于做到合理的驾驶操作，便可以节油10％～14％。
其原因在于驾驶人员是否能够根据汽车的运行条件采用适当的驾驶操作，使人机配合得当，做到汽车的最佳运行。
因此，提高驾驶员的操作技术水平、合理掌握运行工况是改善汽车燃油消耗的有效途径。
合理驾驶操作，包括以下几方面：
①预热保温汽车：
在启动时进行预热，在行驶中保持发动机正常运行温度，简称预热保温。
冬季－20℃以下，必须预热启动，必要时采取适当的保温措施。
②汽车行驶速度：
合理的控制运行速度是驾驶技术最重要的一个环节，使汽车多以中速行驶，相当于汽车经常处于经济车速下行驶，它对油耗的影响较大。
汽车等速油耗在中速时最低，低速时稍高，高速时随车速增加而迅速增大。
③脚轻手快：
脚轻手快是指踩油门要轻，缓慢加油，而换挡要快，动作要迅速准确。
因猛踩油门，会使化油器的加速泵起作用，增加了不必要的油耗，同时也难保证发动机的速度稳定。
试验证明，猛加速比缓加速要多耗油30％左右。
④安全滑行：
在保证安全的前提下，利用汽车的惯性滑行，使汽车的动能得以充分的利用，是减少汽车燃油消耗的一种驾驶方法。
一般来说，滑行有两类，一是人为的经常性的加速后滑行；
另一类是非经常性的根据道路或行驶条件而采用的预见性滑行，均可降低燃油消耗。
但加速后滑行有时会使油耗增加，加剧发动机及其他总成的磨损，使驾驶员疲劳，这是不足之处。
为了安全，要注意汽车一般情况不允许脱挡滑行，特别是在下坡度大和带拖挂的情况下。
⑤减少制动：
由于制动会大量消耗上坡和加速时储存的能量，减少滑行距离，从而增加有效燃油消耗率。
在确保行驶安全的前提下，结合预见性滑行，减少制动次数或制动力度，可提高汽车的燃油经济性。
⑶运行条件的影响：
汽车的运行条件包括道路条件、海拔高度、气温条件等，它们对燃油消耗的影响是十分明显的。
①道路条件：
道路条件对燃油消耗的影响包括路基、路面、路宽、弯道、坡度、坡长和交通流量等，其影响主要体现在滚动阻力系数。
据试验，滚动阻力系数减小10％，可以省油20％，因此应力求减小滚动阻力系数。
不同道路条件对燃油消耗量的影响也集中反映在平均运行车速上，道路条件越差，低挡使用次数越多、时间越长，平均车速越低，燃油消耗量越大。
②海拔高度：
汽车在高原行驶时，由于海拔高度增加，大气压力降低，其动力性和经济性都会下降。
同时海拔高度增加，空燃比变小，混合气变浓，对输出功率、燃油消耗都有明显影响。
据试验，海拔高度每增加1000m，发动机功率下降11％～13％，燃油消耗增加10％～11％。
③气温：
当进气温度过低时，不仅启动困难，发动机和汽车传动系损耗增大，而且启动后为了提高发动机温度，也使油耗增加。
气温过高时，由于空气密度小，混合气变浓，燃油蒸发损失增加，同时由于发动机过热等原因，汽车的燃油经济性变差，气温过高还会引起沥青路面软化，滚动阻力增加从而增加运行油耗量。
④使用挂车：
在运输企业中，汽车拖带挂车是提高运输生产率，降低成本，包括降低油耗的一项有效措施。
拖带挂车后节油是因为发动机负荷率增加，运输效率提高，燃油耗率下降。
导入案例评析
导致汽车百公里燃油消耗量过高的原因主要有：
汽车技术状况变差、驾驶操作经验不足和行驶道路条件差等几个方面。
因此，购置新车后应一直坚持按规定进行保养维护，以便使汽车始终保持良好的技术状况；
在提高驾驶操作技术水平的同时，不断探索节油措施。
如经常以中速行驶、恰当合理地操作使用挡位、多采用遇见性滑行以便减少制动、尽量选择良好的道路和近路行驶等等，都是有效的节油措施。
4.2汽车燃油经济性的检测
一位朋友在购买捷达王轿车时，销售人员指着说明书说：
“该型汽车经济性能很好，百公里油耗量只有6.5L。
”购车后，为了验证这种说法，他特地精确计量了加油量和行驶里程，结果发现实际百公里油耗量为12.3L。
这难道是销售员为了卖车有意夸大事实吗？
如果你是那位销售员，遇到这种情况应该如何解释呢？
汽车燃油经济性的检测有两种方法，一是室内台架试验检测法，二是道路试验检测法。
一般汽车检测站和修理厂因受到场地条件限制，无法用道路试验方法检测汽车的燃油经济性，因此常在室内底盘测功机上，参照有关规定，模拟道路试验方法检测汽车的燃油经济性。
4.2.1燃油消耗量检测设备
汽车燃油经济性的台架试验设备，除了底盘测功机以外，还需油耗仪（或称燃油流量测试仪）。
底盘测功机外形如图4.3所示。
汽车的燃油消耗量是由油耗仪来测量的。
油耗仪种类很多，按测试方法可分为：
容积式油耗仪、质量式油耗仪、流量式油耗仪和流速式油耗仪。
油耗仪由油耗传感器和显示装置构成。
以下主要介绍容积式和质量式油耗仪。
图4.4是进口油耗仪外形。
图4.3汽车底盘测功机外形
图4.4进口油耗仪外形
1.容积式油耗仪
容积式油耗仪的基本工作原理是使被测流体充满一定容量的测量室，通过记录流体充满测量传感器的次数，则可得出被测流体的总量，再除以测定时间或行驶里程即可得到平均燃料消耗量。
图4.5为行星活塞式油耗传感器的流量转换机构的工作原理图。
该装置由十字形配置的四个活塞和旋转曲轴构成，用于将一定容积的燃油流量转变为曲轴的旋转。
图４.5行星活塞式油耗传感器原理图
1、2、4、5.活寒3.连杆；
6.曲轴
P1、P2、P3、P4.油道E1、E2、E3、E4.排油口
在泵油压力作用下，燃油推动活寒往复运动，四个活塞往复运动一次则曲轴旋转一周，完成一个进排油循环。
活塞在油缸中处于进油行程或是排油行程，取决于活塞相对进排油口的位置。
图4.5a表示活塞1处于进油行程，来自传感器曲轴箱的燃油由油道P3推动其下行，并使曲轴作顺时针旋转。
此时，活塞2处与排油行程终了，活塞4处于排油行程中，燃油从活塞4上部经P1从排油口E1排出，活塞5处于进油终了；
当活塞和曲轴位置如图4.4b所示时，活塞1处于进油行程终了，活塞2处于进油行程，通道P4导通，活塞4处于排油行程终了，活塞5处于排油行程，燃油从通道P2经排油E2排出。
图4.5c和图4.5d的进排油状态及曲轴旋转方向如图中箭头所示。
如此循环往复，曲轴每旋转一圈，各缸分别泵油一次，从而具有连续定容量泵油的作用。
曲轴旋转一周的泵油量为
πｄ2
V=4———·
2h=2ｈπｄ2 （4.1）
4
式中V一四缸排油量（cm3）；
H一曲轴偏心距（cm）；
D一活塞直径（cm）。
由此可见，经上述流量转换机构的转换后，测量燃油消耗量转化为测定流量变换机构曲轴的旋转圈数。
这可由装在曲轴一端的信号转换装置完成。
一般采用光电测量装置进行信号转换，把曲轴旋转圈数转化为电脉冲信号。
信号转换装置由主动磁铁、从动磁铁、转轴、光栅、发光二极管和光敏管等组成。
主动磁铁装在曲轴端部、从动磁铁装在转轴端部，两磁铁相对安装，但磁铁之间留有间隙，其作用在于构成磁性联轴器；
光栅固定在转轴上，由转轴带动旋转；
光栅两侧相对位置上固定有发光二极管和光敏管，光敏管用于接收发光二极管发出的光线，光栅位于二者之间，其作用是把发光二极管发出的连续光线转变为光脉冲。
当曲轴转动时，通过磁性联轴器带动转轴及光栅旋转，光栅在发光二极管和光敏管之间旋转，使光敏管接收到光脉冲。
由于光敏管的光电作用将光脉冲转换为电脉冲信号输入到计量显示装置。
显然，该电脉冲数与曲轴转过的圈数成正比，从而经过运算处理，在显示装置上显示出燃油的消耗量。
燃油流量传感器结构及油路如图4.6所示。
（a）结构图（b）油路图
图4.6燃料流量传感器
1.光隙板2.光电管3.排油腔4.活塞
5.滤油器6.曲轴7.油缸体8.磁耦合轴
2.质量式油耗仪
质量式油耗仪由称量装置、计数装置和控制装置构成，见图4.7。
图4.7质量式油耗仪
1.油杯2.出油管3.电磁阀4.加油管5.发光二极管6、7.限位开关8.限位器9.光源10.光电二极管
11.鼓轮机构12.鼓轮13.计数器
质量式油耗仪测量消耗一定质量的燃油所用的时间，燃油消耗量可按下式汁算
（4.2）
式中：
ｍ一燃油质量（g）；
ｔ一测量时间（s）；
G一燃油消耗量（kg／ｈ）。
如图4.7所示，称量装置的秤盘上装有油杯1，燃油经电磁阀3加入油杯。
电磁阀的开闭由装在平衡块上的行程限位器8拨动两个微型限位开关6和7进行控制。
光电传感器由两个光电二极管5、10和装在棱形指针上的光源9组成，用于给出油耗始点和终点信号。
光电二极管5为固定式，光电二极管10装在活动滑块上，滑块通过齿轮齿条机构移动，齿轮轴与鼓轮12相连，计量燃油量通过转动鼓轮12从刻度盘上读出。
计量开始时，光源9的光速射在光源二极管5上，发光二极管发出信号，使计数器13开始计数，随着油杯中燃油的消耗，计数器指针移动。
当光速照射到光电二极管上10时，光电二极管12发出信号，使计数器停止计数，表示油杯中燃油耗尽。
记录仪上两个带数字显示的半导体计数器，一个用于计算发动机曲轴转速，另一个计算记录时间。
4.2.2汽车燃油经济性的台架检测法
台架试验汽车燃油经济性是由底盘测功机和油耗仪配合使用完成的。
底盘测功机用来提供活动路面并模拟汽车在道路上行驶时的各种阻力，油耗仪用来测量燃油消耗量。
因此，燃油经济性测量结果的准确性，除与油耗仪的测量精度有关外，还取决于底盘测功机对汽车行驶阻力的模拟是否准确。
1.油耗传感器的安装
⑴油耗传感器在汽油车供油管路中的连接：
对于一般无回油管路的汽油车，可将传感器串联在汽油泵与化油器之间，使传感器的入口与汽油泵出口相连，而传感器的出口与化油器的入口相连，如图4.8所示。
轿车上多设有回油管路，这种汽车汽油泵供油量较化油器的出油量大得多，多余的油要流回油箱。
此时，传感器的安装应避免因回油造成的多余计数。
例如，桑塔纳轿车是从储油罐回油，传感器应装在储油罐与化油器之间。
图4.8无回油管路时传感器的安装
1.油箱2.滤油器3.汽油泵4.传感器5.化油器
⑵油耗传感器在柴油车供油系统中的连接：
柴油车供油系统全部设置回油管路，输油泵的供油量比喷油泵的出油量多3～4倍。
为保持喷油泵油室中有一定压力，一般在喷油泵低压油出口装有溢流阀，大量多余的燃油经溢流阀和回油管路流回输油泵入口或直接流回油箱；
此外，从喷油器工作间隙处泄漏的少量燃油也经回油管流回油箱。
图4.9所示为油耗传感器在柴油车供油管路中的连接方法，油耗传感器接在油箱到高压油泵之间的油路中，回油管路则用三通接在油耗传感器的出油管路上，以免燃油被油耗传感器重复计量。
图4.9检测柴油机时传感器的安装
1.油箱2.粗滤器3.低压油泵4.细滤器
5.油耗传感器6.高压油泵7.喷油器
2.油路中空气泡的排除
为了保证燃油测量结果的准确性，传感器接入供油管路后，必须注意检查并排除管路中进入的空气。
否则，传感器会把气泡所占容积当成所消耗燃油的容积计入燃油消耗量，从而使检测结果失准。
⑴汽油车油路中气泡的排除：
将传感器置于较低的位置，卸开化油器油管接头，用手动油泵连续泵油，直至泵出的油不含气泡为止。
若传感器壳体上设有放气螺钉，可以松开螺钉，由此排出传感器体内的空气。
⑵柴油车油路中气泡的排除：
装好油耗传感器后，松开高压油泵的放气螺钉，连续压动手油泵，直至泵出的油中不含气泡时按住手泵柄不动，拧紧放气螺钉再旋紧手泵柄即可。
柴油车与汽油车的差别之一是，汽油车可以在发动机启动后排除空气泡，而柴油车必须在启动前排除空气泡；
差别之二是汽油车在拆去油耗传感器恢复原油路时，无须排除空气泡，而柴油车在拆去传感器恢复原油路后仍须排除油路中刚产生的空气泡。
3.模拟加载量的确定和试验
在底盘测功机上进行油耗试验，要想取得与道路上一致的试验结果，关键是把汽车在道路上的滚动和空气等阻力，能在测功机上尽可能地模拟出来。
⑴等速百公里油耗测试模拟加载量：
国家交通行业标准JT/T199一1995《汽车技术等级评定的检测办法》中规定，用底盘测功机检测等速百公里油耗时的测试条件有：
汽车为正常热状态；
变速器挂直接挡或最高挡；
加载至限定的负荷并使汽车稳定在试验车速上。
《汽车燃料消耗量试验方法》规定，限定条件下试验车速为：
轿车60km／h±
2km／h，铰接式客车35km／h±
2km／h，其他车辆50km／h±
2km／h。
在台架试验汽车的等速百公里油耗时，合理确定测功机的加载量，以模拟汽车在Ⅲ级以上平直道路上以规定车速行驶时所受到的阻力极其重要。
此时，汽车克服滚动阻力和空气阻力所消耗的驱动轮功率为
（4.3）
式中PK一驱动轮输出功率（kw）；
G一汽车总重（N）；
f一滚动阻力系数；
CＤ一空气阻力系数；
A一迎风面积（m2）；
u一试验车速（km／h）。
式中CD、f、A可参考表4.1用公式求出试验车速下驱动轮功率，并且应考虑到测功机传动机构的摩擦损失功率及驱动轮－滚筒间的摩擦损失功率的存在，此两项损失功率应从上式计算值中减掉后，才是真正应该在测功机功率吸收单元中模拟的加载量，即
PPAU＝PK-ＰPL-Pc（4.4）
PPAU一模拟功率；
PPL一传动机构摩擦损失功率；
PC一轮胎与滚筒间摩擦损失功率。
表4.1CD、f、A推荐表
⑵检测方法：
确定模拟加载量后，把汽车驱动轮驶入底盘测功机滚筒装置，把油耗传感器接入汽车的燃油管路；
设定好试验车速，启动并预热好发动机，变速器挂直接挡，逐渐踩下加速踏板，使测功机指示的功率等于计算值并使之稳定，此时按下油耗测量按钮，当驱动轮在滚筒上驶过不少于500m的距离时，即可以从显示装置上读取汽车的等速百公里油耗值。
为消除偶然因素的影响，应重复试验三次，取其平均值作为被测汽车在给定测试条件下的百公里油耗量。
⑶等速百公里油耗特性曲线图的绘制：
《汽车燃料消耗量试验方法》规定，在不同车速下进行汽车的等速百公里油耗检测后，应绘制出汽车的等速百公里油耗特性曲线。
试验时，汽车使用常用挡位，试验车速从20km／h，最小稳定车速高于20km／h时，从30km／h开始，以车速10km／h的整倍数均匀选取试验车速，
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