动力系统的优化匹配及车辆的使用保养对油耗的影响

杨俊武

（上海日野发动机有限公司，上海201401）

动力系统的优化匹配及车辆的使用保养对油耗的影响

杨俊武

（上海日野发动机有限公司，上海201401）

分析了不同动力系统配置对油耗的影响，通过对动力系统的优化匹配，使车辆在常用行驶状态下，发动机处于低油耗区运行，可以有效地降低车辆的油耗。同时，阐述了车速、驾驶习惯以及车辆的维护保养对油耗的影响。

动力系统匹配驾驶习惯保养油耗

1 前言

在能源日趋紧张的今天，用户对车辆的油耗越来越关注，如何有效降低车辆的油耗，是各整车制造企业和发动机制造企业面临的一项重要的课题。

影响车辆油耗的因素很多，如发动机的油耗、整车的状况（重量、迎风面积、空气阻力系数、滚动阻力系数等）、道路状况、发动机与整车的匹配、驾驶习惯、维护保养等。

对于发动机油耗的改善，各发动机厂家都做了相当细致深入的工作，并取得了相当的进步，目前优秀的国Ⅲ发动机的最低油耗可以达到190 g/ (kW·h)左右，标定工况的油耗在210 g/(kW·h)左右，在排放法规日益严格的今天，单从发动机自身来说，可挖掘的潜力已不是很大。

在整车方面，各整车厂家也采取各种措施如降低车辆的自重、采用流线型车身、子午线轮胎等来尽量减少车辆运行时的各种阻力，以降低整车的油耗。

作为一个有机的系统，车辆的油耗不仅仅依赖于发动机与整车自身，其与发动机与整车的优化匹配、使用者的驾驶习惯、车辆的维护保养等方面均密切相关。

本文主要从动力系统的优化匹配、驾驶习惯及车辆的维护保养等方面来探讨如何进一步改善车辆的油耗。

2 动力系统的优化匹配对车辆油耗的影响

由于发动机的转速、扭矩、油耗的变化范围较为宽广，且在整车设计时，一般均会考虑适当的扭矩储备系数等，导致车辆的最佳动力性区域与发动机的最佳燃油耗区域往往不一致。为了使车辆具有良好的油耗，设计时应尽量使车辆在实际常用行驶状态下，发动机处于低油耗区。为此，必须根据实际使用情况，对动力系统进行优化匹配，合理的选择后桥（驱动桥）减速比及变速箱档位数、速比等，以使车辆获得良好的动力性和经济性。

2.1 后桥减速比的选择

对于后桥的选择，目前的趋势是在保证动力性的情况下向小速比的方向发展。小速比的选择，主要是考虑发动机的油耗特点，使车辆实际行驶时，发动机处于最佳油耗区域附近。

图1为我公司某款发动机的外特性图，由图中可看出，该发动机的低油耗区域在发动机转速1 250~1 550 r/min之间。为了使车辆获得较低的油耗，匹配时，应使车辆在常用行驶状况时，发动机处于该区域附近。

图1 发动机的外特性图

为了获得最佳的油耗，分别对某客车厂提供的3种不同减速比的后桥进行了匹配计算和分析，车辆配置参数见表1。表2为车辆满载且处于最高档位运行时的计算分析结果。

从表2可以看出，随着减速比的降低，在车速相同的情况下，发动机的油耗呈下降趋势，如减速比从3.7降为3.08，油耗可降低约5%。这主要是受此时发动机的转速更接近最低油耗点的影响，通过客车厂的实车对比测试也验证了这一点。

表1 车辆配置参数

表23 种不同减速比配置的计算分析结果

当然，由于后桥减速比的降低，其最大牵引力会随之下降，同时车辆所能达到的最高车速也会有所增加。目前电控发动机一般均具有最高车速的限制功能，通过设置，可以将车辆的最高车速限制在合理的安全范围内。

一般来说，如车辆运行区域主要集中在较平坦的高速道路上行使，选用小速比的后桥可以获得较好的燃油经济性。如运行区域主要集中在坡度较大的道路上行驶，为了兼顾车辆的动力性能，可选用减速比稍大的后桥。

2.2 变速箱档位、速比的选择

变速箱的档位越多，实际行驶时，通过调节越易使发动机处于最佳油耗区域。目前，重型卡车、大型客车所使用的变速箱逐渐在向多档化、半自动/自动化方向发展，很重要的一个原因就是为了使车辆在具有良好的动力性、操纵性的同时，获得更好的燃油经济性。

国内重卡所配变速箱已经有16档或以上变速箱，这也是欧、美、日等国家重卡的主流配置，但因为涉及到成本等方面的原因，目前国内重卡所配变速箱大多为9档或12档变速箱。大型客车目前主要配置6档变速箱，也有少数车型采用更多档位的变速箱。

对于变速箱速比的选择，也必须根据实际使用情况，特别是道路情况，结合可选的后桥减速比，进行最优匹配设计选择，使车辆在实际常用行驶状况下，发动机运行于低油耗区，同时变速箱处于高档位，以节省燃油消耗。

表3为我公司发动机与同一后桥（减速比3.36），3种不同变速箱匹配时的油耗分析结果，车辆其他的配置参数见表1。

表33 种不同变速箱配置的计算结果对比

从表中可看出，使用具有8档的变速箱3最优，不仅在低档时能获得最大的牵引力，使车辆有良好的起步加速性能，而且在行使时能获得与变速箱1相近的较好的油耗。使用变速箱2燃油经济性最差，主要是由于在车辆常用行驶速度100 km/h左右时，发动机的转速在1 750 r/min左右，已偏离发动机的最低燃油区较远的缘故。

3 车辆的使用保养对油耗的影响

车辆的油耗不仅与发动机及整车自身的设计、匹配、制造水平相关，而且驾驶员的驾驶习惯及车辆的维护保养等对车辆的油耗也有重要的影响。

3.1 行驶车速对车辆油耗的影响

随着车速的增加，车辆所受的空气阻力大幅增加，所示的空气阻力Fair与车速v的二次方成正比，其计算公式见式（1）。

式中，

Cd——空气阻力系数；

A——车辆迎风面积，m2；

v——车速，km/h。

从表2可看出，对大型客车而言，车速从90 km/h左右开始，每增加10 km/h，车辆的百公里油耗约增加10%左右。因此在车辆行驶时，如能对车辆的最高车速进行合理的控制（如将其控制在100 km/h），可有效地降低车辆的百公里油耗，从而降低车辆的营运成本。

3.2 驾驶习惯对车辆油耗的影响

为了降低车辆的油耗，车辆应尽量匀速行驶，避免频繁踩踏、松开油门踏板，使车辆处于频繁的转速波动中。试验表明，当由非匀速的行驶（车速80±10 km/h）变为接近匀速行驶（80±2 km/h），燃油耗可改善10%以上。

同时，在驾驶过程中，应尽量避免急起步、急加速，因从急踩油门踏板开始，到获得最终的喷油量二者间总会有一定的时间差，经常会出现急加速后又需马上减速的情况，如此反复，造成极大的不必要的燃油消耗。

3.3 车辆的检查保养对油耗的影响

车辆轮胎的气压、空滤器、发动机的机油滤清器、燃油滤清器等的定期检查、保养，不仅对车辆的使用寿命有重要影响，而且对车辆的油耗也有较大影响。

车辆的轮胎总会存在自然漏气的现象，随着轮胎气压的降低，其滚动阻力系数迅速增加，从而导致车辆行驶时滚动阻力增加，油耗上升。为了有效地降低油耗，须定期进行轮胎气压的检查，使其保持在规定的范围内。图2为在自然漏气状况下，某型轮胎的气压随时间的变化关系。研究表明，当轮胎的气压比正常气压低10%时，油耗增加约5%。

图2 轮胎气压随时间的变化

当空滤器、燃油滤清器使用时间过长，会引起进气阻力、燃油流动阻力增大，燃油耗增加。试验表明，如使用未按规定进行及时保养而产生一定程度堵塞的空滤器，会使车辆的油耗增加3%左右，不仅如此，堵塞严重时还会造成排气冒黑烟、车辆动力性不足等故障。

4 结论

（1）通过选择不同的后桥及变速箱速比，对动力系统进行优化匹配，使车辆在实际常用行驶状态下，发动机处于低油耗区运行，可以有效地降低车辆的油耗。采用较多档位变速箱与较小速比的后桥组合，可以使车辆在具有良好动力性的同时，获得较好的油耗。通过采用不同的匹配方案，车辆的油耗可能相差5%以上。

（2）驾驶习惯及车辆的使用保养对车辆的油耗具有较大的影响。驾驶时，对车速进行合理的控制，同时尽量保持车辆平稳运行，避免急加减速，可以有效地降低车辆的油耗。同一车辆、同一路段，不同的驾驶人员、驾驶习惯，油耗可能相差10%以上。按车辆的使用保养规定及时对轮胎气压、空滤器、机油滤清器、燃油滤清器等进行及时的检查、保养和更换，可以使车辆的油耗及动力性等均保持在良好的状态。

1《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

2武田信之著，方泳龙译.载货汽车设计[M].北京：人民交通出版社，1997.

表5 多缸柴油机振动品质分级评定表

表6 振动烈度实测值和计算值对比

5 结束语

本项目以6V150柴油机台架试验系统为工程背景，深入开展了针对中大功率柴油机的悬置减振技术研究。在研究过程中，理论分析和试验测试均表明，本研究所取得的内燃机整机振动控制效果达到了项目任务书所下达的振动控制指标要求。

参考文献

1陈家瑞.汽车构造[M].北京：人民交通出版社，2001.

2张保成.工程振动理论[M].北京：兵器工业出版社，2006.

3Huegen S,Warren G,et al.A new 2.3L DOHC Engine with Balance Shaft Housing-Steps of Refinement and Optimization[J].SAE Paper 970921

4吕一丹，张振胜.用平衡机构解决4190船用柴油机的振动和噪声问题[J].江苏船舶，2003，20(1).

5张有，杨俊武，林运.D4114增压中冷柴油机的研制[J].内燃机工程，2003，23(5).

Effects of Power train Match Optimization and Vehicle Operation and Maintenance on Fuel Consumption

Yang Junwu
(Shanghai Hino Engine Company Limited,Shanghai 201401,China)

The power train has important effects on the vehicle′s fuel consumption.By optimizing power train,engine can run in low fuel consumption area when vehicle is driven at normal speed,thus vehicle′s fuel consumption being reduced.At the same time,effects of vehicle speed,driving habit and vehicle maintenance on fuel consumption are introduced.

power train,matching,driving methods,maintenance,fuel consumption

来稿日期：2009-01-12

杨俊武（1973-），男，工程师，主要研究方向为发动机应用设计及分析。