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燃油经济性

从四大曲线出发谈油耗 

开车的人最经常谈的恐怕就是油耗。中国人口众多,经济不够发达,基础设施不够完善,再加上法定限速,想玩点汽车性能,对一般人来说难免心有余而力不足。但如何开车能开出较低的油耗,却是一件利国利民而又人人皆可参与的事情。而且随着国家一声令下,汽油价格大涨,油耗问题更加突出。因此,搞清楚到底如何开车能最省油,确实是一件很值得研究的事情。
但关于这个如此重要的问题,不但各厂家缺乏相关的指导意见,网上也是众说纷纭,没有一个定论。而且更多是从个人经验出发,出于种种原因,并不是普遍适用,很多基础问题也并未讲得十分清楚。只好自己找了一大堆分析的帖子来看。看来看去,也仍然是似是而非。干脆自己从理论出发,凑来凑去,凑出一些东西。把原来很多没想明白的事情都解决了,不过回头一看,发现写得太长太复杂,又都是理论,估计很难让大家看得懂。哈哈
 
对于如何才能省油,我看到了不少很有趣的说法,比较常见的有:
1.保持转速在最低燃油消耗率的转速最省油(大家都知道,发动机手册上一般都有这么一个燃油消耗率-转速曲线图,简称油耗-转速图),这种说法尽管受到很大的质疑,但大多数人都认为它是有道理的,至少是半信半疑,网上还有一个有点搞笑的视频来宣传这种观点。原因是这种方法看似很科学,有理论依据;
2.转速越低越省油,来自驾校的传统智慧,1500转就换档似乎是板上钉钉的事情,除此之外,省油别无它法,其根源还要落在横行中国N十年的普桑身上。套用一句广告词,我们不走高转,来自驾校的方法,普通桑塔纳的方法(参考杰克丹尼威士忌)。这种方法很实用,也有很多人用,不过质疑之声也很大。一个是跟油耗-转速图矛盾,另外一个很多人说这样会造成拖档行驶,对车造成一定的损害;
3.2000~2200换档;
4.保持转速在1500~1800;
5.甚至还有人说速度快比速度慢省油,因为跑的快,用时少;
下面我们就从理论上来分析一下这些方法是否有道理。
首先提出我们分析的基本原理,那就是能量守恒。无论是什么牌子的车,也无论你以什么转速什么档位来行驶,总要遵循能量守恒定律。也就是说,发动机所作的功=行驶中所需要的能量。这是大原则,但仔细分析,情况还是比较复杂。首先来看行驶中所需要的能量,我们把它简化处理,分为三个大部分:发动机自身运转需要的能量(必须的部分)+推动汽车前进消耗的能量(有效部分)+能量损耗(无效部分,比如传动损失)。
1.发动机自身运转当然需要消耗能量,尽管这个能量在低转速的时候并不大,但也不可忽视。如何大概知道这个能量有多大?请挂上空档,踩下油门,使发动机维持在特定转速,感觉一下,这样踩上半小时会耗掉多少油,大概就是了。注意只是一个大概的定性感觉,千万不要死扣字眼,实在是很怕这样的。
2.推动汽车前进消耗的能量。先看几个公式,W=P*T,其中W是所做的功,实际上也就是消耗的能量,P是功率,T是时间。而P=F*V,其中F是力量,V是速度。而F=M*A+F',其中M是汽车质量,A是加速度,F'是阻力。综合起来就是W=(M*A+F')*V*T。从这个公式我们可以看出,汽车质量越大,所消耗的能量越大(中型车的油耗往往比紧凑型车上一个档次就跟这个有重要关系);汽车加速度越大,消耗能量越大,反之如果是减速行驶,则消耗能量变小,或者简单理解为挂档滑行时停止供油;阻力越大,消耗能量越大,风阻系数,润滑,轮胎类型、磨损、胎压,路面状况,是否上下坡等等;速度,速度非常重要,直接占据了一个乘数因子,但速度有很多关联影响,比如速度显著影响阻力,阻力是速度的二次方关系,所以速度大了,能耗明显增加。但速度同时影响时间,速度太低,时间被大大拉长,会导致维持发动机运转所需的必须能量和无效损耗部分的能量大大增加,总体能耗依然是增加的。多少速度最省油,各车型不一定,大致来说,公认的范围一般是60~90,一般厂家给出的油耗数据也大多是90等速油耗或60等速油耗。
3.关于能量损耗,我们就不做详细分析了,它无处不在而又十分复杂,我们只能根据情况做出定性判断。
以上其实都是一些常识,相信大家早都知道了,这里列出是为了下面方便引用。
下面来看看发动机做功的情况,大名鼎鼎的功率曲线图终于粉墨登场了,这是我们要看的第一条曲线。

这里有一个非常重要的问题,请问当转速稳定在某一值,比如2500,是否查表得到的功率就是当前发动机的功率?答案是--------否!为什么?考虑这样两种情况,同样的汽车,一个在平直公路上行驶,一个正在爬一个20度的坡,同样的档位,通过调节油门使得转速正好维持在指定转速,它们的功率一样吗?当然不一样,因为汽车行驶所需要的能量不一样,档位一样,转速一样,速度也一样,质量一样,加速度为0,但一个上坡,一个平路,阻力显然不一样。上坡的汽车所需要的能量大于平路的汽车,那么根据能量守恒,这时发动机的功率当然不一样。那么问题就来了,功率曲线图上标的是什么功率呢?那是当前转速的最大功率,而非实际运行中的实际功率。这一点非常重要,明白了这一点才能搞清楚,为什么低转速行驶实际上是省油的!现在提出一个概念,发动机负荷=实际功率/最大功率,实际上发动机负荷是最影响发动机效率的因素!后面我们将看到这一点。接下来还是问题,油耗-转速图直接告诉了我们各个转速下的燃油消耗率,通过这个消耗率乘以发动机所作的功(也就是行驶所需要的能量),就能直接知道所消耗的燃油,跟最大功率和发动机负荷有什么关系呢?别着急,在分析这张所谓的油耗-转速图之前,我们先搞清楚最大功率和实际功率的计算以及变速箱的作用。
先看变速箱的作用,还是先问一个问题,变速箱能改变发动机的输出功率吗?答案当然是否,从能量守恒的角度出发,汽车行驶的功率=发动机输出功率*传动效率,假定传动效率一定,无论你用什么档位行驶,汽车行驶的功率跟发动机输出功率是一一对应的。高档位降低了驱动力,但增加了行驶速度,低档位降低了速度,但增加了驱动力,从总体上来说,基本可视为不变(但各个档位的传动效率是不一样,我们这里定性分析,就不搞这么复杂了)。发动机的输出功率表现为发动机输出端的驱动力(实际上就是扭矩)和转速,而汽车行驶的功率表现为车轮的驱动力和车速,变速箱的作用是重新分配发动机的输出功率,改变驱动力和速度的分配比重。所以我们在讨论发动机功率的时候,完全可以抛开变速箱,抛开汽车的行驶状态。所以当我告诉你,指定转速下发动机的最大功率=该转速下发动机的最大扭矩*转速的时候,千万不要跳起来说,不对阿,扭矩还受到档位的影响,低档位会使扭矩增大,而高档位则扭矩较小---那我就彻底无语了。这里需要说明的是这里的乘号仅表示二者是相乘的关系,而绝非从数值上可以相乘,实际的计算公式还要加上一大堆其他的常量,甚至考虑表示数据的单位(转速就分为弧度/秒、转/秒和度/秒),这里就不列出了。
现在请大家仔细看看第二个曲线,最大扭矩曲线,实际上最大功率曲线跟它是息息相关的。当扭矩随转速快速上升时,功率随转速更快上升,因为功率=扭矩*转速(再次声明,这里表达的是相乘的关系)。当扭矩增长缓慢或不变时,功率会以比较低的斜率(或曲率)上升。当扭矩降低时,功率会以更低的斜率(或曲率)上升甚至维持不变。所以一般功率曲线呈现上凹的曲线,因为一开始扭矩在上升,而过了最高点后扭矩开始下降。最明显的是带涡轮增压的发动机,其扭矩变化呈现明显的三段式,第一段均匀上升,第二段保持不变,第三段开始下降,相应地其功率曲线也呈现明显的三段式,第一段加速上升(同时受扭矩增加和转速增加的影响),第二段均匀上升(只受转速增加的影响),第三段保持不变(转速增加而扭矩减小)。这里总结一下:指定转速下发动机的最大功率=该转速下发动机的最大扭矩*转速,指定转速下发动机的实际功率=当前发动机的实际扭矩(或力量)*转速。
现在来看油耗-转速图,根据前面的分析,我们知道,不考虑各档位的传动损耗的差异(差异应该不大),当汽车速度一定时,无论你用什么档位行驶,发动机端的实际输出功率一定,实际上就是发动机所做的功是一样的。而不同档位的转速显然不一样(这里插一句,指定档位下发动机转速决定了行驶速度,指定速度下,档位决定转速),貌似通过查油耗-转速图可以知道当前的油耗率,乘以所做的功可以知道油耗,那么最符合逻辑的选择就是选择最低油耗率的转速行驶!以远景为例,大致在3700转左右。实情果真如此吗?可惜答案是否!为什么!?答案是发动机燃油消耗率受两大因素的影响,除了转速以外,还有一个非常重要的东西--发动机负荷。在转速一定的情况下,油耗率随发动机负荷发生巨大的变化,其变化足以抵消转速的影响。

不同的发动机油耗-负荷变化图基本是一致的,只是汽油机和柴油机有较大不同,其中的不同决定了柴油机比汽油机省油,具体这里不详述,大家自己查资料。油耗随负荷变化的规律是,当负荷很低时,油耗率相当大,随负荷增加,油耗率迅速降低,到达最佳负荷时(大约在70%~80%,也就是实际功率为最大功率的70%~80%,或实际扭矩为最大扭矩的70%~80%),油耗率到达最低,而之后随负荷增加,油耗率又迅速增加。那么油耗-转速图是怎么来的呢?也是在最大功率情况下的油耗率曲线。我们来看看低档高转的情况(需要大扭矩的时候不算低档高转,比如爬陡坡,急加速),此时发动机输出实际扭矩远远小于最大扭矩,也就是实际功率远远小于最大功率,也就是发动机负荷极低,虽然转速更接近最佳转速,但此时油耗率仍然巨大,所以非常耗油!高档低转类似,只是此时的实际功率近似于最大功率,油耗率同样很高(此时同时受低转速和大负荷的双重影响)。而一般来说,低转速的最大功率较低,实际功率能够比较接近最大功率,从而使发动机近似工作在最佳负荷,从而得到最佳油耗率。这就是低转速行驶省油的秘密!
所以省油的驾驶方法可以从三个方面来找:
1.优先确保发动机工作在最佳负荷,也就是发动机的实际输出扭矩大约是最大扭矩的70%~80%。如何判断呢?如果感觉当前转速下,车子提速明显乏力,那就要注意了,当前你的发动机很可能接近最大负荷了,无论你怎么踩油门,都加速缓慢,说明已经达到或接近最大扭矩,也就是最大负荷,此时油耗要比最佳油耗高。以此转速为最大负荷转速,最佳转速应比最大负荷转速高10%~25%。如果这两个转速间最大扭矩也有明显提升,则转速提升10%~15%足矣,如果扭矩增加不多或不变,则转速应提升20%~25%。通过提高转速(同时可能提高最大扭矩)来提高最大功率,从而降低负荷,使发动机回到最佳负荷。一般来说,这种调整会导致车速发生变化。厂家一般会按照一个目标速度来调校变速箱,所以按照厂家提供的最佳速度行驶(60或90)会节省燃油。相应的,如果转速略高于最佳转速,则油耗也会上升,但此时汽车反应较为灵敏。适合需要灵活加速的情况。如果转速高出许多进入低档高转的情况,则油耗大大增加。
如果需要大扭矩或者急加速,则应调高最佳转速。这话听起来简单其实很容易忘,它实际上告诉我们定速巡航的时候转速可以低一点,而上坡和加速时如果不变档,则踩油门时很快进入最大功率输出状态,此时不但油耗高,发动机负荷大(使发动机寿命缩短),而且加速乏力,开起来也不爽。所以加速/上坡应减档,进入匀速行驶应加档似乎应该是一个常识。这里还有一个有趣的结论,低档位急加速有可能比低档位缓慢加速更省油,因为过于缓慢地加速时发动机负荷极低(不做具体分析了),油耗率极大,大到一定程度就抵消了低加速度所节省的能耗了(实际上近似于低档高转匀速行驶)!
2.如有可能,让发动机工作在油耗-转速图上的最佳转速。实际上很难做到,以远景最佳转速3700转为例,对比在平路上完全可以5档1500转60速度基本稳定行驶,如果换3700转,最大功率是1500转的近3倍,这意味着平路上大约会达到160~170(我自己也没有跑过,不知道大概有多大)的高速,或者在爬很陡的坡才用得到这么高的转速。
3.降低汽车行驶所需的能量,这个大家都知道,避免加减速拉,中速行驶以降低风阻拉等等
根据观察,远景在平路上匀速行驶时维持转速在1500~1800是比较有道理的。因为5档1500转大致可以维持60的速度,但明显加速乏力,说明此时汽车行驶所需要的能量转换为发动机的实际功率后大致接近于1500转的最大功率,也许在0.85~0.95,具体要看路况。1800转正好比1500转高20%。这两个转速之间应该正好覆盖了远景发动机的最佳工作负荷区间。大家可以看到,远景的变速箱调教是很有趣的:
2档1500转对应大约30km/h,2000转对应大约40km/h,
3档1500转对应大约40km/h,2000转对应大约50km/h,
4档1500转对应大约50km/h,2000转对应大约60km/h,
5档1500转对应大约60km/h,2000转对应大约80km/h
而换档后按一般速度抬离合器,转速平均大约正好下降500转,也就是说2档2200转左右换到3档正好到1500转,同样3档2000转换档正好能到4档1500转,4档2000转换档正好到5档1500转。看到了吗?从30km/h到80km/h都可以在1500到2000转这个范围内行驶,我猜测这不是巧合,也许正是因为远景发动机在平路上的最佳转速就是1500~2000转。不过实际上5档1500转比较勉强,一般可以4档2500转再换到5档2000转左右,能保持一定的应变能力。但1档的调校就有些不好,1档2000转只有24~26km/h左右,达不到2档1500转的速度,所以1档换2档很容易挫车,如果1档2000转以上换档,则必须等足够的时间让转速回落,而且1档时松离合器有个奇怪的现象,即使已经松开了油门,转速仍然会继续上升一点,这个时候等待转速回落就会花更多时间,使得加速过程不够平顺。我猜测吉利为了保证车子起步更容易,将1档调节得更倾向于力量,从而使得速度脱节。并且让喷油系统延长喷油时间,因此在踩离合后由于负荷突然降低而使发动机转速突然提高。
题外话,实际上老外开车没有我们这么小心,看看人家评测的油耗,紧凑型车的综合油耗也能达到9~10个之多。我看过老美开手动档,1档直接上3000转换档。按我们的标准,绝对有点低档高转了,也许这样确实对车好。人家二手车市场上用到10年或者30万公里以上的比比皆是,很多都能开到50万公里后车况还不错,应该不全是制造质量的问题。所以就算你的油耗开到8+甚至9+,也没有啥,市区+空调再加上对爱车好一点,谁说油耗不能高一点呢
参考:
关于远景发动机曲线图的讨论:http://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-474-690285-1.html
发动机负荷特性:http://baike.baidu.com/view/1149472.html
1.8t涡轮增压发动机释疑------如何开好1.8t:http://www.xcar.com.cn/bbs/viewthread.php?tid=2631432
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