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发动机万有特性曲线看油耗油是怎么省出来的

发布时间: 2022-08-28 03:19:47 来源:kok官网全站注册 作者:kok官网全站注册会员

  提到燃油经济性,大家最直观体验就是在开车的时候,烧了多少油,花了多少人民币,今天cartech8从专业的角度来分析一下燃油经济性。

  目前世界上评论一般用耗油量或程来表示。汽油燃油经济性指标与发动机的特性和汽车的自重、车速及各种运动阻力如空气阻力滚动阻力和爬坡阻力等大小、传动系的效率及减速比等都有关系,因而在数值上往往与实际情况有差别。

  通常以“克(燃油)/(千瓦•小时)”来表示,以一千瓦的功率工作一小时的燃油消耗量多少克。有效燃油耗率(BSFC)、指示燃油耗率(ISFC)两种,两者之间差了两个字,前一个有效燃油耗率意味着“现在实际是多少”,是实际。指示燃油耗率意味着“原本可以有多少”,是潜力。不同的时候得到关注的不一样,一般情况下,还是有效燃油耗率用的比较多。

  横坐标为发动机转速,纵坐标为平均有效压力(单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力,单位为bar)。平均有效压力越大,发动机的作功能力越强。这个平均有效压力,可能有点费解,我们就直接把它理解为发动机的负荷率。发动机负荷率=(某点的扭矩/相同转速下最大扭矩)*100%,你也可以理解为特定转速下油门开度的百分比。在万有特性曲线上,越高的点负荷率越高,到最高点(外特性)时就是100%负荷了。

  发动机万有特性曲线的等油耗线主要反映的是:在不同的发动机转速和负荷情况下的油耗率,就是下图一圈一圈标有数字的曲线,这些曲线叫等油耗线。数值越小表示油耗率越低,经济性越好。在图上你会看到一个油耗最低的区域206,这个圈太小,发动机很难工作于该区域,我们就不讨论这个区域。我们看210这条曲线,它说明发动机可以达到210g/kw•h的油耗率,对应的发动机工作区域是转速大概在1900-2300r/min之间,平均有效压力14-16bar。在这个区域发动机的热效率高,所以油耗低。一般情况下负荷率越小,发动机热效率也越小,油耗就高。

  在看看上图,是一台自然吸气发动机的万有特性曲线,随便看一个转速点吧,比如3000rpm。随着负荷增加比油耗是减少的,因为我们脚踩的油门实际上控制的是节气门(这个问题我们在cartech8的另一篇文章《动力性匹配之几张表就能搞定一辆车的动力性?》中讨论个这个问题,有兴趣的可以去看看),负荷小节气门开度就小,进气也少,对应喷的油就没那么多,燃烧就不剧烈,输出功就少,而发动机的阻力损失中的泵气损失反而因节气门开度小而大,因此燃油效率偏低。反过来大负荷工况需要很多功的时候,节气门开度就大,进气越多油喷的越多,因工作于理论空燃比,每滴油能为我们所用的能量,也就越多了,所以经济性越好。

  节气门中间是一个阀片,电机驱动阀片开启到任意角度,全开的时候就当没有这个阀片。部分开度的时候挺影响进气,有一个节流损失,作为泵气损失的一部分它不算多,但影响进气效率……这个节流损失就理解为当节气门部分开启时,阻碍了气体的顺畅流动,增加了阻力,影响了发动机的进气量。

  对这个问题举一个不是特别恰当的例子:如果耗油多少可以看做是我们去逛商场,预算花500还是1000,看起来500没有1000那么多;那么经济性就可以看做充会员卡,充500就得到500的购买力,而充1000,商场就给1500的购买力。这时候500确实花费的比1000少,但花费1000更实惠。

  如果我们把油门踩到底,发动机转速从低加速到最大转速,就得到了一条外特性曲线,外特性是指节气门全开,也就是全负荷时候的工况,在这里就是万有特性最上方的一条曲线了。图一为红色虚线,是一台增压发动机。图二用黑色粗实线表示,为自然吸气的发动机,自然吸气发动机呈M型,在3000rpm~4000rpm的样子因为气流谐振的缘故,略有下降(上图确实是M型,但不是太明显,为了美观另外做处理,看不出M的趋势了),增压发动机的曲线是一条快速陡增,然后一条直线。

  另外还需要提及的一个问题是空燃比,理论空燃比为14.7:1,也就是烧1公斤燃油需要14.7公斤空气,两者刚好完全燃烧,燃油略多的时候输出功多,动力性更好,一般浓5%到15%时,动力性最佳。空气略多时,燃油更容易完全燃烧(生产物二氧化碳的比例更多,一氧化碳和谈情化合物的比例更少),经济性更好。有的网友会问,既然空气略多,经济性好,为啥不采用这种空气略多的模式呢?排放问题,发动机长期研究的结果显示,理论空气燃油比下,排放最好,处理排气污染问题的费用更低。现在有缸内直喷了,采用的是稀薄燃烧,确实能省油,花在技术和废气处理上的费用大大增加了。

  在普通非缸内直喷发动机部分负荷的时候,一般追求经济性,空燃比14.7左右,在外特性附近追求动力性,空燃比在12.5左右,也就是说,外特性上没法得到完全燃烧的燃油比例会更大,经济性更差。

  另外还有,在高转速,大负荷区域如果采用理论空气燃油比工作,发动机的排气温度会非常的高,有时有可能烧坏排气管中的催化器,发动机的热负荷太高也可能损坏发动机。一般发动机超过4000rpm,大油门开度区域可能被加浓,目的降低排温,保护发动机。这个问题在汽车工程师之家论坛上有过深入的讨论,有兴趣的朋友可以去看看。

  下图可以看到大的空气流量时,系统空燃比被加浓目的就两个,要么降排温,要么增加动力性。

  另外,在1500~3500这个区间,是驾驶员常用工作区间,匹配工程师在标定匹配阶段会重点考虑这个区域,在这个区域尽量降低比油耗,而生产厂家的设计规范里也会重点考核这个区域,因此一般车辆这个区域的经济性是最好的,使用启动技术、VVT,缸内直喷、增压器什么七七八八的技术,很多时候也是为了扩展和优化这个区域,让发动机在更广泛的区域内都有极好的经济性。

  什么时候换挡好呢?对于高转速自然吸气发动机,它扭矩曲线往往有两个峰值,假设第一个峰值出现在2000转左右,第二个峰值出现在最大转速附近6000。一般驾驶都会在2500转左右换挡,换完之后正好落在2000转这个峰值上,可以保证换挡以后车辆加速有力, 换挡后不要猛踩油门,使得发动机工作于偏大一点负荷区,这是汽车运行在最佳经济区。不猛加油门的目的,减少发动机瞬态燃油补偿。因为每个车什么时候换挡,可以看看各个厂家的外特性曲线,一般宣传资料上都会有的。不过上面说的偏理论,实际情况跟厂家变速器选型和匹配有关,cartech8今后会和大家一起讨论。

  1.空挡滑行处于怠速运行,油耗为怠速油耗大概0.4-0.8/h左右吧(跟排量有关),由于没有动力输出,比油耗无穷大因此比油耗没有意义。不建议空挡滑行发动机熄火容易没刹车。

  2.带档滑行,肯定省油,因为很多情况发动机熄火的,发动机不工作是有条件是:变速器在档,发动机转速超过1600-1800,没踩油门,当发动机转速落到1000-1200左右,会再次供油,发动机重新工作。这种模式安全,虽然发动机熄火,但发动机车轮拖着转,发动机有真空,刹车没有问题。下坡用带档滑行能减少刹车长期使用而热衰。

  不想多说,勤换档、忌猛踩油门。堵车时,走走停停时可不踩油门采用怠速行车(怠速行车是标定工程师匹配过程中很重要的一个驾驶性工作),但可能被别人卡位,很多人也不习惯这种方式,我也不习惯。

  这次cartech8就和大家交流这么多了,本来经济性还有很多可以说的,今后会继续和大家交流,欢迎大家关注我们,关注汽车工程师之家。

  更多精彩请关注“汽车工程师之家”微信公众帐号,也可搜索“cartech8”关注汽车工程师之家公众号。

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