某载货汽车等速燃料消耗及影响因素分析

龙军,兰楠,徐磊,管炜

(中国汽车工程研究院股份有限公司,重庆 401122)

某载货汽车等速燃料消耗及影响因素分析

龙军,兰楠,徐磊,管炜

(中国汽车工程研究院股份有限公司,重庆 401122)

石油是不可再生能源,自2003年开始油价剧烈波动,同时排放要求日益严格,在新能源汽车技术未完全成熟的条件下,目前汽车的主要能源仍然是石油,因此,提高燃料经济性成为现代传统汽车技术的关键.

载货汽车;速燃料;影响因素

本文依据《JT719-2008营运货车燃料消耗量限值及测量方法》,利用道路试验测量某N3类货车的等速燃料消耗量,获得其等速百公里燃料消耗量曲线,并分析燃料消耗量的主要影响因素.

1 油耗仪测试原理

在道路试验测量油耗时,主要使用的仪器是油耗仪,油耗仪包括信号处理单元、热交换器、燃料流量传感器和打印机模块等.试验前将油耗仪接入油箱和发动机回路中,并排除油路中的气泡.一部分燃料通过热交换器后回到油箱,另一部分燃料流经燃料流量传感器,通过热交换器中的燃料泵后进入发动机,发动机中的燃料参与燃烧供给能量,未参与燃烧的燃料返回热交换器中,按油箱的温度进行冷却,然后再泵出形成循环.

1.1 等速燃料消耗量计算

汽车的燃料经济性采用同等行驶工况下的燃料消耗量或同等燃料消耗量能使汽车行驶的里程来衡量.在我国法规中规定,燃料经济性指标的单位为L/100km,其值越大,汽车经济性越差.等速行驶工况的百公里燃料消耗量是标准法规和企业常用的评价指标.根据车辆等速行驶v及阻力功率,在汽车万有特性图上确定出相应的燃料消耗率b,即可得到该车等速行驶时的百公里燃料消耗量Qs:

式中,ηT为传动系的机械效率,γ为燃料的重度,柴油可取7.94～8.13N/L,汽油可取6.96～7.15N/L.f为滚动阻力系数,i为道路坡度,CD为空气阻力系数,A为汽车的迎风面积.

1.2 油耗试验方法

vbox汽车性能仪和油耗仪的最大允许误差均为±0.5%,综合气象仪和石油密度计的最大允许误差均为±1.0%.试验场地为重庆梁平机场路,路面清洁、干燥、平坦,试验路长度满足要求,纵向坡度在0.1%以内.车窗、驾驶室通风口及空调关闭,轮胎气压和车辆磨合情况符合要求.试验车辆处于满载,手动变速器置于最高档,试验车速分别为40km/h,50km/h,60km/h,70km/h,80km/h.在各试验车速下,保持瞬时油耗率稳定后至少行驶100m后,等速行驶通过500m的相同测试路段,测量通过该测试路段时间及燃料消耗量.在测试路段上每个试验车速往返测量各两次,每次试验的瞬时车速和平均车速与规定车速之差都不超过2km/h.试验结果如图1所示.

1.3 数据结果处理

得到各个车速下的累积油耗值后,则各车速下的等速燃料消耗量Qs为:

式中,Qs被测车辆等速燃料消耗量,L/100km;Yh为被测车辆等速行驶500m消耗的燃料量mL.s为被测车辆等速行驶的距离m.按照GB/T12545.2-2001的规定,将大气压、温度和燃料密度对油耗的影响进行校正,利用最小二乘多项式拟合得到图2所示的百公里燃料消耗量曲线.由图可知该载货汽车在40～50km/h时油耗较低,为11L/100km,车速超过70km/h后油耗迅速增大.因此道路条件允许时,该载货汽车适合在40～70km/h运行,以提高燃料经济性.

2 等速燃料消耗量影响因素

分析汽车燃料经济性时,多数文献对发动机类型、动力传动系统的匹配和整车结构参数讨论较多,当汽车设计完成后,上述参数都是固定的值,结构改动难度很大,而驾驶员和汽车运行参数会因驾驶环境不同变化较大.对于载货汽车,其驾驶员水平、行驶车速和汽车总质量在实际运行中不尽相同.因此,本文重点讨论上述3个研究对象对载货汽车燃料经济性的影响.

2.1 驾驶员水平

图1 各试验车速下的累计油耗值

图2 汽车等速百公里燃料消耗量曲线

对驾驶员来说,汽车驾驶是综合性、系统性较强的脑力和体力协调操作技术,驾驶过程需要驾驶员不断收集交通环境信息,通过驾驶决策和驾驶操作及时调整人-车-道路交通环境系统.据研究人员对我国10省区13个专业运输汽车运行的调查分析表明:各专业运输企业汽车驾驶员之间的百公里燃料消耗量差值为2.34～6.8L/100km,燃料消耗水平相差7.46%～22.35%;汽车运行百公里燃料消耗量最低的为19.5～22.35L/100km,最高的为44.74～46.22L/100km,充分说明汽车驾驶员操作技术对汽车运行燃料消耗量有着重要的影响.因此,驾驶员具备专业的驾驶技术和良好的驾驶习惯将是提高汽车燃料经济性的有效途径之一.

2.2 行驶车速和选档技巧

由上图2可得出,汽车在低速的中等车速行驶区间时燃料消耗量最低,速度达到70km/h时,燃料消耗量迅速增大.原因是高速时风阻对汽车的燃料经济性有很大的影响,为克服空气阻力而消耗的发动机功率与车速的三次方成正比,虽然此时发动机负荷率较高,但是汽车行驶阻力的迅速增大导致汽车百公里油耗大幅度增加.在车辆行驶时可以选择不同的档位,但在同车速情况下,档位不同,燃料消耗量也不相同.在同一道路和车速下,发动机输出的功率相同,发动机的负荷率与档位成反比关系,高档位比低档位燃油经济性更好,为了保证汽车行驶稳定性,选择发动机转速落在经济区间,更利于提高燃料经济性.

2.3 汽车总质量

汽车直线行驶时,受力情况如图3所示.重心运动方程式为:

式中,F为车辆牵引力,R为汽车滚动阻力,Rk为空气阻力,Rg为汽车拖挂阻力,为汽车坡度阻力.

图3 汽车直线行驶受力简图

3 结语

(1)对于该N3类载货汽车,道路条件允许时,车速应控制在40～70km/h,以提高燃料经济性.

(2)驾驶员提高驾驶技术,养成良好的驾驶习惯是提高燃料经济性的有效途径;同一道路条件和车速下,尽量使用高档运行,使发动机转速落在经济区间,有利于提高燃料经济性;使用复合轻型材料、拖带挂车等措施均可减小单位货物的油耗.

[1]郭瑞玲,苑林,谢东明等.载货汽车燃料经济性与整车质量的相关性研究[J].汽车工程,2015.

[2]何仁,庄志华,郑吉平.运行参数对汽车燃料经济性影响程度的区间分析方法[J].交通运输工程学报,2007.

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1671-0711(2017)11(下)-0177-02