空调制冷状态对轻型汽车燃料消耗量的影响研究

刘 爽 唐兴贵 王益民 顾王文 闵 浪 许卿云

（中汽研汽车检验中心（昆明）有限公司 云南 昆明 651701）

引言

随着汽车使用量的提升，汽车的使用时间越来越长，燃料消耗量的重要性也逐渐凸显。一来随着油价的变化，人们越来越关心汽车的燃油经济性，其已成为人们购车和用车时考虑的一个重要因素。二来燃料消耗量数值直接关系到汽车尾气中CO2的含量，众所周知CO2是一种温室气体，关乎我们赖以生存的环境。

2020 年6 月2 日国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会发布的GB/T 19233-2020《轻型汽车燃料消耗量试验方法》中规定了“开启空调制冷状态下燃料消耗量试验方法”[1]。方法中指出可以使用WLTC（全球统一轻型车辆测试循环）[2]或者CLTC（中国轻型汽车行驶工况）循环，由于之前研究获得CLTC 循环更加符合我国实际驾驶情况[3-6]，因此本文选用CLTC-P[7]循环进行相关试验。本文通过实际试验数据研究开启空调制冷状态对轻型汽车燃料消耗量的影响，以期引起足够的重视。

1 试验方案

1.1 测试流程

本次选用2 个车型（分别为轿车及SUV），各进行3 次开启和关闭空调制冷状态条件下的燃料消耗量试验。单次试验流程简图如图1 所示。

图1 燃料消耗量试验流程

1）开启空调条件下车辆燃料消耗量（FCON）测量方法

a）打开全部车窗，汽车空调空气循环开关置于外循环位置，风量调节开关置于中间位置（向高挡位取整），此过程中压缩机始终处于关闭状态；

b）车辆以（90±2）km/h 等速行驶20 min；

c）关闭发动机和全部车窗。设定太阳辐射强度为（850±45）W/m2，车辆静置30 min；

d）设定车辆空调后，立即进行燃料消耗量试验（采用CLTC-P 循环）；

e）试验过程中，以1 Hz 的采集频率实时连续记录乘员舱温度测量点的温度变化。

2）关闭空调条件下车辆燃料消耗量（FCOFF）测量方法

a）关闭太阳辐射，按照04-1、04-2 进行操作；

b）关闭车辆空调和全部车窗后，立即进行燃料消耗量试验（采用CLTC-P 循环）。

1.2 试验环境条件

试验环境条件如下：

温度：（30±2）℃；

湿度：（50±5）%rel.H.；

太阳辐射强度：车辆浸车和开启空调制冷状态下燃料消耗量试验过程中（850±45）W/m2。

1.3 试验设备

试验过程中所用的主要设备见表1。

表1 主要试验设备

1.4 试验结果处理

油耗测试每个车型每组试验（开启空调和关闭空调试验各一次为一组）进行3 次，满足重复性检验要求后的试验数据为有效数据。

按照GB 18352.6-2016 的要求进行道路载荷测量与测功机设置，进行排放量计算（按照附录CE 的规定计算CO2、CO、HC 排放量）。

用上述方法得到的CO2、CO、HC 排放量，分别计算各速度段综合燃料消耗量。采用式（1）计算燃料消耗量，单位为L/100 km。

式中：FC 为燃料消耗量，单位为L/100 km；HC 为测得的碳氢排放量，单位为g/km；CO 为测得的一氧化碳排放量，单位为g/km；CO2为测得的二氧化碳排放量，单位为g/km；D为288 K（15 ℃）条件下试验燃料的密度，单位为kg/L。

按式（2）计算3 次试验结果的第95 百分位分布的标准差σ，并将3 次测量结果中最大燃料消耗量与最小燃料消耗量之差ΔQmax与σ 值进行比较：

如ΔQmax不大于σ，则视为通过重复性检验；否则为没有通过。

式中：σ 为第95 百分位分布的标准差，单位为L/100 km；为3 次试验所测得燃料消耗量的算术平均值，单位为L/100 km。

注：需分别对开启空调和关闭空调试验结果进行重复性检验。

2 试验结果与分析

开启空调后整车油耗的增幅为：

2.1 综合燃料消耗量试验结果分析

某轿车综合燃料消耗量试验结果如图2 所示。

由图2 可以看出对于试验轿车来说空调开启时燃料消耗量增幅约为36%。

图2 某轿车综合燃料消耗量试验结果

某SUV 综合燃料消耗量试验结果如图3 所示。

图3 SUV 综合燃料消耗量试验结果

由图3 可以看出对于试验SUV 来说空调开启时燃料消耗量增幅约为20%。

虽然不同车辆性能表征会有所差异（即使是同一车型的不同车辆表征也会有所差异），但是就目前试验数据来看空调开启状态时的燃料消耗量较空调关闭状态时的燃料消耗量均有较大增幅，且增幅均在15%以上，最大的时候可达到40%以上。由此可见空调对于油耗的影响十分显著。

上述研究内容重点针对综合（即整个CLTC 循环）燃料消耗量，但是CLTC 循环分为低速、中速、高速3 个阶段，分别对应平时我们驾车时的市区、市郊和高速3 种场景。为了更加明显地区分空调开启状态对燃料消耗量影响出现在哪种速度区间，下面会依次对各速度区间进行分析，以期得到空调对油耗影响最大的速度区间。

2.2 低速段燃料消耗量试验结果分析

低速段主要特征如表2 所示。

表2 低速段主要特征

某轿车低速段燃料消耗量试验结果如图4所示。

图4 某轿车低速段燃料消耗量试验结果

由图4 可以看出对于试验轿车来说，在低速段空调开启时燃料消耗量增幅约为63%。

某SUV 低速段燃料消耗量试验结果如图5所示。

图5 SUV 低速段燃料消耗量试验结果

由图5 可以看出对于试验SUV 来说，在低速段空调开启时燃料消耗量增幅约为36%。

2.3 中速段燃料消耗量试验结果分析

中速段主要特征如表3 所示。

表3 中速段主要特征

某轿车中速段燃料消耗量试验结果如图6 所示。

图6 某轿车中速段燃料消耗量试验结果

由图6 可以看出对于试验轿车来说，在中速段空调开启时燃料消耗量增幅约为38%。

某SUV 中速段燃料消耗量试验结果如图7 所示。

图7 SUV 中速段燃料消耗量试验结果

由图7 可以看出对于试验SUV 来说，在中速段空调开启时燃料消耗量增幅约为17%。

2.4 高速段燃料消耗量试验结果分析

高速段主要特征如表4 所示。

表4 高速段主要特征

某轿车高速段燃料消耗量试验结果如图8 所示。

由图8 可以看出对于试验轿车来说，在高速段空调开启时燃料消耗量增幅约为18%。

图8 某轿车高速段燃料消耗量试验结果

某SUV 高速段燃料消耗量试验结果如图9 所示。

图9 SUV 高速段燃料消耗量试验结果

由图9 可以看出对于试验SUV 来说，在高速段空调开启时燃料消耗量增幅约为12%。

由上述结果可以看出低速段油耗的影响最为显著，那主要影响出现在什么时候呢？下面就低速段秒采数据进行单独分析。

2.5 轿车低速段燃料消耗量秒采分析

轿车低速段燃料消耗量试验结果如图10 所示。

图10 轿车低速段燃料消耗量试验结果

由图10 可以看出对于试验轿车来说，各秒采点空调开启时燃料消耗量较关闭时燃料消耗量正增长的点位约占96%，相当于基本整个低速段油耗都处在正增长范围，其中最大的增长出现在630 s 速度37 km/h 时，约增长200%以上。

2.6 综合分析

燃料消耗量统计结果如表5 所示。

表5 燃料消耗量统计

综合上述试验数据可知，不管是轿车还是SUV，在开启空调制冷时油耗均会有所增加，且在低速段反应最为强烈，增幅可达35%以上。引起上述问题的主要原因是：

1）低速段（市区）时车辆换挡频繁，转速波动较大，发动机驱动空调所需的额外功率更多，导致对应的燃料消耗量更高[4-5，8]；

2）低速段多怠速，然而在空调开启后，为了提高怠速稳定性并为发动机起步提供一定的储备，需要适当提高发动机的怠速转速，从而导致对应的燃料消耗量提高；

3）低速段与中速段和高速段相比，冷凝器换热效率更低（由于速度偏低），从而导致空调系统的燃料消耗量增高。

3 结论

本文主要通过试验研究开启空调制冷状态对轻型汽车燃料消耗量的影响，得出结论如下：

1）开启空调制冷时的燃料消耗量较空调关闭时的燃料消耗量有较大增幅，增幅在15%以上，最大的时候可达到40%左右。由此可见空调对于油耗的影响十分显著。

2）开启空调制冷时的油耗增加在低速段时反应最为强烈，增幅可达35%以上。由此可见考虑燃油经济性及温室气体污染时应该减少在市区行驶时的空调使用量。