汽车油耗影响因素的分析

汽车油耗影响因素的 1 汽车油耗影响因素的分析 摘要现在随着私家车的普及汽车燃油问越来越受到人们的重视汽车的耗油量多少不但关系到个人的经济支出还与节约能源有着密不可分的关系。所以汽车油耗问题将是人们买车后考虑的首要问题。本文将从汽车发动机、离合器、变速器以及其他一些部件的原理性能和汽车行驶过程中遇到的一些问题进行简单阐述影响汽车油耗的因素。 关键词汽车行驶、汽车油耗、耗油量 2 前言 汽车是否节油从汽车、制造方面讲一般汽车制造厂家都会从降低油耗上做文章下功夫而且都会在汽车的使用手册中给出百公里耗油量。但当我们实际驾驶汽车时实际耗油量与给出的百公里标定耗油量往往相差很大。一般的有良好驾驶技术的驾驶员在市区行驶的实际耗油量要比标定的百公里耗油量高2030在国道和高速公路上行驶时耗油量能基本与厂家标定的百公里耗油量持平。但由于驾驶技术和对车辆的性能不够了解他们在实际驾驶中百公里油耗要比标定油耗高很多在市区行驶时能达到标定油耗的145160基本在标定油耗的180200。之所以如此是因为我们在实际使用中外部条件和内部条件是不可能与汽车制造厂测试时的情况完全相符的是会有变化的在实际使用中由于路面的问题造成滚动阻力与加速阻力的改变由于风的阻力造成空气阻力的改变由于路面坡度的问题造成行驶阻力的改变由于燃油的质量问题造成热效率的改变发动机运行使用不当使发动机运行阻力增加、实际输出功率的改变附属设备的使用消耗功率使发动机输出功率减小等等。 3 第一章 汽车发动机对油耗的影响 目前世界上的活塞式内燃机正向着减轻重量、增加功率、提高转速、强化发动机性能的方向发展。但无论发展到什么阶段发动机的结构和性能对油耗的影响还是不能忽视的本章将从发动机的性能方面进行简要分析 1.1 发动机工作温度对油耗的影响 在过去我们学习开车时教练都会告诉我们出车前要预热。这是因为发动机在刚刚启动时发动机缸体冷却液温度、缸筒内的温度与发动机的正常工作温度相差很大。现代发动机要求的正常工作温度一般在80105?根据科研部门的研究当发动机工作温度低时第一会使热交换率增加热损失加大现代发动机在正常工作状态下燃烧热能的大约33由排气系统排掉大约28.5因散热而形成损失有大约38.5热能做功。如果发动机低于正常工作温度工作他的第一个损失就是有高于28.5的热量经发动机缸体、冷却液散发到大气中去在发出同样的功率时要比正常工作温度状态下所消耗的燃油量增加。第二因温度过低燃料的雾化质量会变差从而使燃烧过程变坏由发动机工作原理我们知道发动机最好的工作状态是等容燃烧工作状态也就是说活塞在上止点附近时的短时间内完成燃烧。如果发动机工作温度低燃油雾化不好就会使等容燃烧期内燃烧的燃料量减少。活塞在上 4 止点的燃烧分为两个时期一个是补燃期一个是后燃期补燃期越短越好补燃期越短等容燃烧期内烧掉的燃料越多缸内形成的压力越大做的功越多。后燃期燃烧的是补燃期没有烧完的那部分燃料后燃期越长后燃期烧掉的燃料就越多。因为后燃期是等压燃烧也就是说后燃期内烧掉的燃料不能使气缸内燃气的压力升高说以也就不能做功而是弥补了活塞下行缸内压力下降的部分所以后燃期内烧掉的燃料没有得到利用而是由缸体和冷却液带走并使发动机温度升高而损失了。由此可知由于发动机工作温度低而使发动机工作性能变坏并因工作性能变坏使发动机输出功率下降。第三就是因雾化不好使发动机润滑条件变坏增加了缸筒活塞的磨损量燃油经活塞、活塞环与缸筒的间隙进入油底壳使发动机润滑油稀释润滑油过早出现氧化变质从而进一步增加活塞与缸筒的磨损并同时增加发动机的磨损功使输出功率降低油耗增加发动机寿命缩短。 我们在日常生活中大概都见 过这种现象在夏天空气比较潮湿即将下雨时气温比较低的地方比如水管外壁上会凝结很多水珠严重时甚至顺着水管流淌。这是空气中的水分遇冷后凝结成的水珠。这种现象在发动机工作时同样会发生。我们现在的发动机燃油虽然是经喷油嘴形成很细小的雾滴状喷射到发动机进气道里的但它还不能完全满足发动机的工作要求。最理想的状态因该是形成用眼看不到的混合均匀的气体状态只有在这时候发动机的燃烧才会最迅速最理想输出的功率才会最大。然而当发动机工作温度过低时首先进入发动机里的燃料因发动机温度高使其温度进一步升高而使其汽 5 化汽化后的燃料因缸内温度较低混合气与缸壁接触后因缸内温度较低会再次凝结成滴状附着在缸壁上从而使燃烧更不容易。如果附着在缸壁上的油滴过多它就会将缸壁上的润滑油膜破坏掉并随着活塞的运动进入发动机润滑油中破坏发动机润滑油的原有性质并破坏缸筒与活塞的润滑使其摩擦阻力增大摩擦量增加。我们知道缸筒和活塞这对运动配合副本身的润滑条件就很恶劣。因为供油多了油膜形成了就会由于活塞与活塞环的运动将发动机润滑油过多地带入燃烧室内造成烧机油所以活塞和缸筒的润滑是很困难的处在半干摩擦状态工作条件本身苛刻。如果因燃油雾化不好再破坏油膜可想而知活塞的工作条件会变的多么恶劣固而造成活塞与缸筒磨损量的急剧增大。据有关科研机构的研究成果如果发动机在低温下工作其磨损量是正常工作温度下磨损量的34倍。因润滑油膜的破坏造成活塞与缸筒的摩擦损失功率比正常工作温度下的也会大很多因此会造成发动机寿命缩短故障率升高机油变质加快摩擦损失功率增大燃油耗量增加。 1.2 发动机的转速对油耗的影响 由发动机的燃烧知道要使发动机的动力性、经济性良好就要尽量使发动机的燃烧控制在正常状态下然而在实际过程中与很多因素影响了燃烧过程的正常进行比如转速当转速升高时由于空气流动阻力增大使充气效率减小燃烧时间缩短燃料利用率降低燃烧所占曲轴转角有可能加大热效率降低同时由于转速的增加机械摩擦损失会有很大增加。为了保证发动机在高转速区内的正常工作抵抗因摩擦损失和热效率降低造成 6 的不利影响势必要增加燃油的供应从而造成耗油量的增加。汽油发动机在低负荷或怠速时由于进入气缸的可燃混合气量少气缸内的残余废气量相对增加混合气相对地受到稀释这样就容易产生断火现象。为此供给较浓的混合气以保证发动机的稳定运转。相对而言在中、低转速时由于混合气有充足的燃烧时间热效率会比高速时好得多。所以在行驶中要尽量做到用较高档位、较低发动机转速来行使这对耗油量的减少是有特别明显的作用的。 1.3 汽油发动机的不正常燃烧对油耗的影响 爆震是汽油机中一种不正常燃烧的现象。是指当混合气 空气与燃油充分的混合 在进气行程进入燃烧室后活塞在压缩行程时便将其压缩火花塞将高压混合气点然后其燃烧所产生的压力则转换成引擎运转的动力。混合气在燃烧室内燃烧其火焰是由点火点以波的方式向四周扩散所以由点火到油气完全燃烧需要一段短暂的时间。油气虽然需要靠火花塞点燃但是过于高温、高压的环境也会使油气自燃。一般的爆震是因为燃烧室内油气点火后火焰波尚未完全扩散远程未燃的油气即因为高温或高压而自燃其火焰波与正规燃烧的火焰波撞击而产生极大压力使得引擎产生不正常的敲击声。汽油机正常燃烧时火花塞点火后经过短暂的着火延迟期的准备在电极间隙附近形成火焰核心火焰从火焰核心以3040米/秒的速度向四周的未燃混合气区传播使燃烧 7 室内混合气循序燃烧直至结束。通过高速摄影研究汽油机爆震时发现在汽油机燃烧室内火焰传播过程中远离火花塞的未燃混合气末端混合气被已燃混合气的膨胀所压缩此处的局部温度因热辐射作用而超 过燃料的自燃温度从而产生自发反应形成一个或多个火焰核心。即在正常火焰传播到以前先行发火自燃发出极强的火光燃烧温度常在4000?以上火焰传播速度达2001000米秒以上比正常燃烧的火焰传播速度高几十倍。高速传播的爆震燃烧使气缸内产生压力冲击波并在气缸壁面上反射和反复冲击造成强制振动并产生高频噪声即敲缸现象。压力波的冲击使壁面的气膜减薄向气缸壁的传热损失增大结果功率下降燃料消耗率上升汽油机过热冷却水和机油温度增高。持久的爆震破坏气缸壁油膜加剧气缸壁的磨损严重时会使机件损坏。现在许多车厂为了将引擎压榨出最大的性能及降低油耗通常会把常用转速域的点火角设定的比较提前所以有些引擎在2000至3000转间负荷较大时难免会有轻微的爆震然而轻微的爆震对引擎不会有太大的影响车主也不用过于担心。但是若因为引擎出问题所产生的爆震如严重积碳或散热不良等这种爆震通常很严重如果是在高转速高负荷发生连续且严重的爆震不出一分钟轻则火星塞及活塞熔损严重的甚至连汽缸及引擎本体都会炸穿。 8 第二章 离合器、变速器的正确使用对油耗的影响 离合器和变速器的正确使用与否除对自身部件造成损害意外同时还与油耗有着不可分割的联系本章将对离合器和变速器进行简要阐述。 2.1 离合器的正确使用对油耗的影响 在现在的汽车驾驶员中由于驾驶实践不足拿到驾驶证以后又没有经过专门指导在离合器的运用上存在着很多问题。由于离合器不能正确使用使离合器在使用中造成滑摩功过大离合器使用寿命缩短、故障率上升、油耗增加。 一、 离合器的工作过程 离合器主、从动盘元件在接合过程、相互压紧时会发生相对移动导致发热和磨损的滑摩功产生滑摩功对耗油量和离合器的工作质量、工作寿命会有很大影响。离合器的接合过程是指我们抬起离合器踏板压盘对从动盘加上压紧力后角速度不同的主动盘和从动盘由开始时接触到达到同步角速度为止的整个过程在这个过程中从主动盘向从动盘施加压力到主、从动盘角速度完全一致主、从动盘会产生相对滑动这个过程所经历的时间称为打滑时间。此后主、从动盘作为一个整体在发动机转矩的作用下共同增速车辆的速度也继续提高直到某一时刻发动机发出的转矩下降到与外 9 阻转矩相等时车辆的加速度停止起步过程结束。由以上分析可知离合器的接合过程中主、从动盘存在相对滑摩有滑摩就有能量损耗并以另一种形式即使离合器的主、从动盘的热量升高、油耗增加、离合器工作部件因受热而出现某些性质改变、磨损和早期失效的形式现出来。 接合过程中瞬时滑摩功功率的大小反映了发热率的大小而滑摩功的大小反映了离合器接合一次的总发热量大小滑摩功率随时间的延长而降低发热量则随时间的延长而增加。也就是说随着接合时间的延长发热率降低但总的发热量增加。 1最大滑摩功率与接合刚开始时的相对滑摩角速度成正比总滑摩功与相对滑摩加速度成反比。所以起步换挡时发动机油门不宜太大。 2滑摩功与运动件和汽车总量之间的关系主、从动部分的转动惯量愈大则总滑摩功愈大从动部分的转动惯量与挡位和汽车的总重量有关故高挡起步比低挡起步的滑摩功要大些。总重量大的车比总重量小的车起步时滑摩功要大一些。 3滑摩功大小与路况的关系从动部分的阻转矩愈大滑摩功也愈大故应尽量避免在坏路、坡路上起步并尽量减轻汽车自身的总质量。 二、 操作方式与节油 减少冲击与减少滑摩功通常是矛盾的为了降低换挡过程中的冲击应放慢离合器的接合速度为减少滑摩功则要求加速完成离合器的接合过程。如用一挡起步当车速达到10km/h发动机转速假若达到1200r/min.换上2挡 10 此时不要加油抬起离合器看车辆行驶速度有什么变化如果此时发动机的转速正好与车辆行驶的速度所要求的转速相 等就可以即时换入高一级挡位使换挡过程平顺又得以快速抬起离合器而减小滑摩功。因此在接到一种新车型的时候体会和摸索也很重要掌握车速与发动机转速之间的对比关系很好地利用这种对比关系将换挡时机掌握好这样就解决了减小滑摩功和换挡冲击的矛盾又减少了因滑摩功而产生的燃油的损耗和离合器寿命缩短的问题。 三、 离合器的失效形式与操作方式之间的关系 离合器的失效形式一般有以下几种 1离合器从动盘摩擦片因换挡过程冲击太大而打碎 2离合器从动盘因使用过程滑摩功过大的原因使表面硬化摩擦阻力降低打滑失效 3离合器主动件因滑摩功过大使表面硬化和镜面化离合器接合过程产生抖动或打滑失效 4离合器主动件中的压盘分离杠杆因滑摩功过大产生热量过多使之退火刚度降低从而使离合器在长时间行驶后分离困难 5因离合器杠杆长时间受到作用力的作用因疲劳使刚性降低甚至产生永久变形使牒掀鞣掷肜讯因滑摩功过大和长时间作用力的作用离合器压盘的压紧弹簧产生 11 永久变形与退火造成压力不够离合器传递的扭矩减少而失效 7由于操作不当使离合器从动盘扭转减震簧产生永久性变形而失效。 从前面的分析中我们也看到任何一种失效形式都与滑摩功的大小与产生热量多少有关尤其是有些驾驶者有一个特别不好的习惯在行驶时脚始终不离开离合器踏板在等红、绿灯时挂上挡踩着离合器踏板等候。除了在换挡过程当中要尽量做到快速以外改掉行驶中踩着离合器踏板和踩着离合器等红、绿灯的习惯对减少油耗、降低滑摩功、延长离合器寿命都能起到至关重要的作用。 2.2 手动变速器的正确使用对油耗的影响 我们知道现代的汽车手动变速器为了使换挡更平顺、更省力以减轻驾驶员的劳动强度都设有同步器。有了同步器以后汽车在换挡过程中的操作步骤减少了冲击基本消除了换挡时间缩短了同时也降低了油耗。但在具体使用中却出现了不少的问题对同步器怎样使用产生了不同的理解。因此也就产生了很多不同的说法和操作方法致使带有同步器的手动变速器的故障率升高。 一、 同步器在换挡中的运用 由于变速器输入轴与输出轴以各自的速度旋转变换档位时合存在 12 一个quot同步quot问题。两个旋转速度不一样齿轮强行啮合必然会发生冲击碰撞损坏齿轮。因此旧式变速器的换档要采用quot两脚离合quot的方式升档在空档位置停留片刻减档要在空档位置加油门以减少齿轮的转速差。但这个操作比较复杂难以掌握精确。因此设计师创造出quot同步器quot通过同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。同步器的作用是使接合齿与待啮合齿轮迅速达到同步以缩短换挡时间防止滑动齿轮与常啮齿轮达到同步之前产生齿轮冲击。相邻档位相互转换时应该采取不同操作步骤的道理同样适用于移动齿轮换档的情况只是前者的待接合齿圈与接合套的转动角速度要求一致而后者的待接合齿轮啮合点的线速度要求一致但所依据的速度分析原理是一样的。变速器的换档操作尤其是从高档向低档的换档操作比较复杂而且很容易产生轮齿或花键齿间的冲击。为了简化操作并避免齿间冲击可以在换档装置中设置同步器。惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触从而避免了齿间冲击。 二、 同步器的类型 同步器有常压式和惯性式。目前变速器同步器几乎全部采用惯性同步器其结构主要有锁环式图2-1和锁销式图2-2两种。 13 图2-1 锁环式惯性同步器 图2-2锁销式惯性同步器 三、惯性式同步器 下面主要以锁环式同步器为例介绍其结构 锁环式同步器主要由接合套、同步锁环等组成特点是依靠摩擦作用实现同步。接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角锁止角同步锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触 产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选择锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步同时又会产生一种锁止作用防止齿轮在同步前进行啮合。当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低或升高到与同步锁环转速相等两者同步旋转 14 齿轮相对于同步锁环的转速为零因而惯性力矩也同时消失这时在作用力的推动下接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。 四、换挡变速与油耗 我们从同步器的构造和同步器在换挡过程中的作用可以知道在换挡过程中其关键是是否能使齿毂和待待啮合齿轮达到同步而要达到同步锁止环与待啮合齿轮的摩擦力矩有直接的关系。摩擦力的产生和增长需要有一个过程。这就是构造中讲的同步器锁止环的内螺旋切断和破油膜的过程而这个过程需要一定的时间。也就是说当我们挂挡起步和行驶中换挡时要给锁止环破换油膜、增加摩擦力矩的时间。没有这个时间就造成了因摩擦力矩不够、接合套与待啮合齿轮不能同步而挂不上挡、换挡时换不进挡的问题。有的驾驶员在这时很容易急躁用力推操纵杆甚至用撞击的办法想把挡挂进去。已不知这正事与愿违。由于这种操作手法根本没有给同步器锁止环破坏油膜、使其增加摩擦力矩的时间使接合套与待啮合齿轮根本不能同步怎么能将挡挂上呢。而这种操作手法还使变速器部件在撞击中产生变形情况更严重时使变速器挂挡机构因变形而损坏挂什么挡都费劲甚至不能挂进档挡而不得不进维修厂进行维修。给自己造成了经济损失不说还使自己的爱车的性能产生不必要的变化。当换挡困难、换不进挡时大多是失去了换挡 15 的最佳时机和不给同步器起作用的时间造成的。而且在驾驶中如果不能掌握换挡规律失去最佳换挡时机还能给自己造成很多不必要的麻烦、问题和危险。比如加挡上山减挡的过程中失去了最佳换挡时机在加挡时使汽车自身的动能过度消耗挂上挡后会造成提速困难尤其是在上山过程中一旦失去换挡时机减一个档很难使发动机恢复到大扭矩转速区进入正常运行状态这时就不得不进行连续减挡甚至造成坡道起步、后溜的危险情况发生。从而使油耗增加、危险曾大。 汽车的大多数时间是以高速挡行驶的即用最小传动比的挡位行驶因此变速器最小传动比的选择与发动机的最大扭矩转速与提速性能就有了很大关系。 过去多数汽车选择使汽车的最高车速等于最大功率时的车速或最大功率时的车速稍小于最高车速。近年来为了提高燃油的经济性出现了最小传动比减小的趋势即令最大功率车速稍大于最高车速。有的装有5挡变速器的汽车第5挡的汽车最高车速与第4挡的最高车速很接近有的轿车第5挡的汽车最高车速甚至低于第4挡的最高车速。根据某些数据显示在最小传动比变速器在最高挡时约有74的轿车的最高车速与最大功率时车速比值在0.91.10之间5.5的轿车在1.11.39之间17.5的轿车在0.70.9之间3的轿车最高车速比最大功率车速的值低达0.50.7。 16 由于现代汽车的生产厂家不同、设计理念不同现代汽车的各种控制功能和结构也是不尽相同的。有些车在行驶一定时间以后不但需要对车辆技术状况进行检测还需要对具体项目进行调整。比如现代汽车的点火系统如美国德尔福公司生产的TM6、TM20等电控系统、博士生产的154和797系统是采用ECU控制的无分电器点火系统而日本丰田的2RZ、1RZ、8A等和国产的376、378有分电器点火系统。无分电器点火系统一般是无须调整的一旦有了问题不是信号部分就是控制部分有了问题这些地方有了问题后修复的可能性很小只能采用换掉有故障的零部件进行恢复。而有分电器的点火系统就不一样了除需要进行检测外有时还必须进行调整。不然车就不能处在良好的技术状态下工作从而造成燃油的浪费。 17 第三 章 车辆技术状况对油耗的影响 3.1 供油系统技术状态对油耗量的影响 一、 供油压力对油耗的影响 根据电子控制汽油喷射系统的策略与原理现代汽车的供油系统不管是单点电喷、多点电喷、多点分组电喷、多点顺序电喷等都是采用定压供油的方式只是供油压力有所区别而已。在我国不论是自己生产的汽车还是进口的汽车供油系统基本上采用全循环供油系统由于燃油本身的原因采用半循环和无循环的基本没有。在全循环系统中供油压力的大小是由汽油泵、油管、喷油轨、调压器等组成。起决定作用的是调压器和汽油泵。当调压器或汽油泵任何一个出现问题都会引起供油压力的变化汽油压力的变化又引起了供油量的变化。现代电子控制汽油喷射系统是采用定压控时的办法控制供油量的。一旦压力产生变化供油量相应产生变化从而引发发动机技术状态产生变化。汽油压力产生变化之所以有这么大的影响是因为当压力一定时供油量可以由时间控制喷油嘴开启的时间长出的.