選擇節能轎車的考慮(2)

    上一篇文章最后提到“目前的轎車發動機一般采用多點式電噴燃油供給系統,混合氣組成及燃油噴射都由電腦控制,加上發動機設計理論已經非常成熟,因此從結構上看,同排量發動機的燃油消耗的差別是不大的,尤其是低排量發動機更是如此。就算是發動機油耗差別20%,100公里里程最多不會超過1升汽油。那么,為什么感到一些車特別省油,一些車特別費油,這就引出了傳動系匹配、車形和輪胎等諸問題了。”本文再就這些問題展開討論。

    上篇提到衡量轎車省不省油的一個指標稱為汽車“燃料經濟性”。汽車傳動系對燃料經濟性的影響主要取決于傳動系的效率、變速器檔數和傳動比。

    汽車傳動系由離合器、變速器、傳動軸、驅動橋及驅動輪組成。傳動系的效率越高,則消耗的能量就越少,汽車的燃料經濟性就越好。所謂傳動效率就是指輸出功率與輸入功率之比,影響傳動效率的主要原因是傳動機構的類型、工作元件的配合精度和加工精度、支承部位摩擦副的型式及潤滑等,這些因素不但影響到汽車的燃料經濟性,也影響到使用壽命。這些因素與汽車的設計與制造水平有直接關聯。

    傳動系的功率損失以變速器和驅動橋占絕大部分,其余部分較少,所以有人購買汽車特別注重變速器的品牌及生產廠家,是有充分道理的。

    在汽車傳動系中,對燃料經濟性影響最大的是變速器。汽油機負荷特性曲線的特征顯示,發動機開始啟動時ge(油耗率)最大,此時需要濃混合氣,但隨節氣門逐漸開啟負荷增大而ge減少直至最低點,此時節氣門接近全開,繼續開大節氣門,ge又開始上升,曲線呈現一條內凹拋物線。根據發動機的負荷特性,當負荷率達到80-90%,發動機處于ge最低的經濟工況。為了使得發動機經常能在經濟工況工作,變速器的排擋越多越好。排擋多增加了駕駛的選擇性∶或使發動機處于最大功率附近的轉速運行,得到較好的動力性,或使發動機在最低燃油消耗附近的轉速運行,得到較好的經濟性。擋數多使得相鄰之間擋位傳動比的比值小,換擋容易并且滑順,減少震顫感。擋數多的缺點是結構復雜,重量大,制造成本高,對于手動變速器而言,還有操縱困難的毛病。目前轎車的手動變速器多是5擋,極個別經濟型車是4擋。自動變速器多是4擋,但有增加擋數的趨向,有些車巳采用五擋,并由電子模式控制。在電子傳感器和電子開關提供輸入參數的基礎上,電腦可以精確按照汽車速度及負荷來設定變矩器的工作模式及變速器換擋順序,以達到合理的燃料經濟性。

    變速器增加擋數反映了改善汽車燃料經濟性發展方向,如果擋數無限多即變成了無級變速,創造了在任何條件下使發動機在最經濟工況下工作的可能性。因此無極變速能夠提高汽車的燃油經濟性,也就是比有級變速器省油。但是無級變速器對材質要求高,成本大,有一定的使用局限性。目前經濟型車使用無極變速器有飛度、派力奧和旗云,高級轎車有奧迪。

    汽車輪胎對汽車的燃油經濟性有直接的影響,減少輪胎的滾動阻力也可以提高汽車的燃油經濟性。目前轎車都采用了子午線輪胎,減小了滾動阻力。但是,滾動阻力受車速影響很大,這是因為車速越高,輪胎的內部摩擦損失、胎冠局部滑移損失和駐波能量損失越厲害。例如當車速達到150公里以上,輪胎與路面接觸點后的輪胎表面會出現波浪形的起伏變化,由于轉速太快當變形來不及恢復又重新再變形,并由此迅速波及整個輪胎,這種現象稱為“駐波”,出現駐波就會產生熱量,使輪胎溫度很快超過攝氏100度以上,使得橡膠強度降低,危及輪胎安全。所以,輪胎都有一個速度限制標準以防止出現駐波現象。在技術上,采用斷面曲率半徑大的輪胎,也就是一般所指的寬胎,有利于減少“駐波”提高車速。雖然寬胎與地面接觸面大,看似滾動阻力大,但在相同的高車速情況下,寬胎反而比窄胎更有優勢,這不單體現在行駛的穩定性上,也體現在防止“駐波”的能力上,相對而言更有利于汽車的燃油經濟性。目前的轎車最高速度都在160公里/小時以上,所以轎車傾向采用175毫米以上的輪胎,多數中高級轎車采用205毫米以上的輪胎。但是,如果汽車經常在市區內行駛,速度受到限制,那么窄胎的經濟性就會表現出來。

    就是說,輪胎對汽車耗能的影響主要由滾動阻力造成,滾動阻力因輪胎變形而增加,而輪胎變形又與車速有直接關系,因此輪胎對汽車耗能的影響要看車輛使用的環境。

    汽車重量,汽車工程學稱為汽車質量,也是決定汽車行駛阻力的主要因素。汽車質量直接影響輪胎的滾動阻力,減少汽車質量可以明顯地提高汽車的燃油經濟性。早在30年前一項美國的統計表明,汽車總質量減少10%,燃油消耗會降低8.8%。通過降低汽車整備質量提高汽車的裝載質量,是汽車企業提高汽車燃料經濟性的方式。通常采用鋁材、塑料、高強度鋼材等新材料以降低汽車整備質量,同時通過車型結構設計提高負載能力。90年代出現的多功能廂體車(MPV)在一定的車長限制下可實現5-7個座位的安排,就是通過新的車型結構來提高負載能力的典型范例。

    但是,汽車質量不是越小越好。因為質量小在車輛高速行駛時容易引起發飄,碰撞時抵御沖擊能力變差。一輛汽車的設計合理性要綜合地看。一般認為,汽車的整備質量與裝載質量之間的比值越高,說明汽車運行的燃油消耗成本越低。

    車形是對汽車能耗影響最大的部分。汽車一百年的發展歷史,變化最大的就是車形,它的發展變化也表現了汽車設計界對空氣動力學的不斷認識與發展。空氣阻力是一種力,因此有“空氣阻力功率”,空氣阻力功率隨車速增加而增加。例如,如果轎車空氣阻力系數0.30,當時速80公里時,空氣阻力功率為4.6千瓦,當時速120公里,空氣阻力功率就會升至16千瓦。

    空氣阻力與汽車最大截面積A、空氣阻力系數C和車速ν成正比關系,A、C和ν越大空氣阻力也越大。轎車的A值計算方式≈0.9×輪距×高度。這也說明,轎車車身越小,空氣阻力就越小,空氣阻力越小汽車前進時克服阻力所消耗的動力也越小,耗油也隨之減小。空氣阻力系數C也與汽車最大截面積A成正比關系。因此,減小空氣阻力的關鍵在于降低汽車最大截面積A。

    轎車車廂的尺寸越大,截面積就越大,這是一個常識問題。如果轎車車身的高度越大,輪距越大(車身寬度),那么截面積就越大,空氣阻力就越大。因此,越大的車身尺寸,越寬敞的乘坐空間,其空氣阻力就越大,油耗也相應增加。

    最近上市的一些新轎車以超大的乘坐空間作賣點,實際上要付出多耗油的代價。在這里特別指出的是,目前在中國市場上市的有一些轎車是以歐美市場為目標的車型移到中國生產,有些設計是否適宜中國市場值得商榷。歐美人身材比中國人高大,在歐美等國家1.8米以上高個子比比皆是,1.9米以上男子不罕見。在中國,多數身高是1.60米-1.75米之間。為當地生產銷售的汽車應以當地多數男人(95%的男人)的身高為標準來設計汽車駕駛座椅及確定相關的空間尺寸,這是一個原則。有些在中國上市的車型,原車是以歐美市場為目標,它的設計以歐美人身材為標準。如果這類車型原封不動搬到中國生產和銷售,對于絕大多數中國人而言,必然是“空間非常寬敞”。但是,這樣既造成廂內空間資源的浪費,也相應增加了油耗。近年在合資企業生產的車型中,天津豐田生產的威馳是專門針對中國市場設計的轎車,因此車廂空間比較符合中國人的身材,車廂空間做得比較緊湊,頭頂空間很小,因此也是最省油的一種轎車。

    上面所述的發動機、變速器、輪胎、重量和車型,都是汽車本身的“固態”,不管購車前后,不管何人何地使用都一樣存在。但是,汽車省不省油還與駕駛者的駕駛技術、路面質量、燃油質量以及道路交通狀況及汽車保養維護狀況有關,而且關系很大。不過這是購車之后發生的事情,而且是因人因地因事而異,是一種動態變化。

車匯通
2005年8月23日

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