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提高汽车燃油经济性 |
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作者：Patrick Ponticel 来源：Ringer |
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车辆燃油效率的优化不仅需要通过各种工程技术解决方案来实现，还与驾驶者的驾驶习惯有很大关系。本文将分两个部分，分别探讨提高车辆燃油效率的各种技术，以及驾驶者习惯对车辆燃油效率的影响。
如果消费者可以放弃他们在车辆舒适性及便利性方面已经习惯了的一些功能的话，汽车制造商可以很轻易地满足他们在燃油方面所提出的需求。
不过并不是有很多消费者会为了降低油耗这样的个人利益而放弃音响系统、电动车窗或空调系统，更不用说减少能源依赖和环境保护方面的公众利益了。
这样一来，汽车制造商就很难再降低车身的重量了，不过也不是不可能。比如说，空调系统作为一个舒适性系统虽然不能取消，但是整车厂和他们的供应商可以通过降低空调系统的重量来直接达到提高燃油经济性的目的。他们还努力提高空调系统的工作效率，比如降低系统对电瓶能量的消耗，这样可以简化相关电子系统的结构，从而间接地提高车辆的燃油经济性。
汽车制造商对车身重量与油耗的关系有不同的理解。福特汽车公司表示，车身重量每降低57kg，车辆的燃油经济性可以提高1%。通用汽车公司也指出，车身重量每增加45kg，车辆经济性就会降低2%。内饰部件供应商Woodbridge集团认为，一辆汽车车身重量每降低10%，平均燃油经济性可以提高6~8%。
“我们看到越来越多的汽车制造商和座椅供应商将目光放在轻量化材料及系统部件组合后的总体效果上，以此达到降低车身重量的目的，”Woodbridge集团市场及全球销售高级副总裁Martin Mazza表示。
该公司声称其GreenLite技术最多可以使汽车坐垫重量减轻30%，座椅框架可以减轻35%，头枕衬里可以减轻40%。
百分之一的改进
与其他汽车制造商一样，福特公司在提高车辆燃油经济性方面也有许多不同的途径。减重是其中一个最常见的方式。
“减重非常重要，因为它不仅可以提高车辆的燃油经济性，还可以提高车辆性能，而这可以让你在其他方面再做一些工作，从而进一步提高车辆的燃油经济性，比如你可以提高主减速器传动比，因为这时候车辆的功率/功率比更高（从而让你有余地这么做），”福特公司燃油经济性方面的技术专家David Woudstra解释道。
Woudstra的同事，车辆燃油经济性方面的高级工程师Steve Payne指出，如果车身减重达到一定程度时，发动机尺寸就可以得到进一步的减小。发动机小型化意味着变速器尺寸的减小。整个传动系统重量的减少也得以让车辆上其他系统和部件重量得到进一步减轻，从而让制动系统变得更小、更轻。
“减重的确可以带来很多连锁效应，”Woudstra表示。
任何可以让燃油经济性得到哪怕一点点提高的技术都会引起汽车制造商的重视。在福特，他们将此称为“百分之一的改进”。Woudstra举例介绍道，在2012款福克斯车型上采用了一个主动式格栅风门。根据车型的不同，该风门可以使车辆燃油经济性提高0.5~1.0%。
“百分之一的改进”只是福特公司内部的一种大概的叫法。Payne表示，车辆气动性能至少要提高1%，而对于新车型一般都要达到3~5%的目标。
Payne指出，车辆的空气动力性大约“消耗”发动机输出的可用功率的40%左右。动力传动系约为20%，轮胎滚动阻力为25%，附件为12%，制动系和轴承为4%。工程师们所要做的就是从这些不同领域里找到他们所追求的“百分之一的改进”。
一点几升发动机
到2015年，汽车燃油经济性方面的提高有超过50%将来自动力系技术的发展，Ricardo公司整车燃油经济性及美国政府市场部门总监Sandy Stojkovski表示。她还指出，车辆电气化也将给汽车燃油经济性带来很大的影响。
在发动机领域，汽缸小排量化、直接燃油喷射和涡轮增压等是提高车辆燃油经济性同时维持车辆性能的主要方式，大陆公司北美地区动力系高级副总裁Kregg Wiggins指出。
“发动机小型化可能是目前汽车领域最大的一个发展趋势，当然我指的是在北美地区——我们在这方面落在了所有市场的最后面，”Wiggins表示。“你会在北美市场看到很多‘一点几升’排量的发动机出现在市场上，远远多于以往任何时候。”
如果不是因为柴油发动机相对较高的排放和成本——成本可以是汽油发动机的三倍，柴油发动机的技术将是所有类型发动机中最高的，AVL公司汽油发动机首席工艺师Paul Whitaker表示。他还认为小型化涡轮增压直喷式汽油发动机拥有最高的成本效益。
以上所说的协同效果完美体现在福特EcoBoost发动机中，燃油经济性可以提高20%。EcoBoost可以让一台V6发动机的性能达到之前的V8发动机的水平，使I4发动机达到之前的V6的水平。
除此之外，福特还在火花点火发动机中采用双可变气门正时系统（TiVCT）来减少泵送损失，是另外一种高效动力系领域提高车辆燃油经济性的方法（可提高2~3%）。据Woudstra透露，这种方法也在逐渐应用到福特许多车型中。
福特今年下半年还会在新推出的F -1 5 0 车型上采用EcoBoost V6小型化涡轮增压发动机。福特希望通过几种技术的组合来提高旗下卡车系产品的整体燃油经济性。
通用公司也在积极采用小型化直喷汽油发动机，希望借此来大幅提高车辆的燃油经济性。在2010款雪佛兰Equinox车型上，通用采用了一种其称之为SIDI的技术。与上一代车型相比，新Equinox整体燃油经济性提高了30%，其中有一半归功于采用了SIDI核心技术的发动机。据通用能源中心高级经理Roger A.Clark表示，SIDI技术可以减少标准发动机的排量，从V6变成I4。他还指出，采用2.4L Ecotec SIDI发动机的Equinox车型在美国环保局认证中取得了高速公路下油耗为32mpg（约13.6km/L）的成绩。Clark称这是行业内同一类别中最好的成绩。
Equinox车型还有减速断油功能。在之前的车型中，该系统只在下坡的时候才会启动，现在只要在驾驶者将脚从油门踏板上抬起就可以启动。Clark表示该技术可以使车辆燃油经济性提高2%左右。
空转速度的降低可以使车辆燃油经济性提高1%。通用的电子无回流燃油系统还可以将燃油经济性进一步提高1%。在该系统中，燃油泵不会一直运转，只会在有需求的时候启动。
福特公司Woudstra指出，内燃机并不是一个效率型机器。汽油中包含的能量大约有75%之多因为火花点火发动机中化学和热量方面的损失而不会转变成扭矩。因此在这方面取得5~10%的提高是完全可能的，Woudstra说。
“有很多办法可以将这些损失回收回来，尤其是热量损失，”Woudstra表示。“我们一直都在做这件事。”福特已经开启了相关研究，并会继续进行下去，比如利用废热来加热系统部件如变速器，让其更快地暖起来。这样可以帮助降低摩擦损失。
在变速器方面也有一些帮助提高车辆燃油经济性的改进，但是都没有达到发动机方面所做的改进取得的效果好。目前已经成为行业标准配置的六速变速器与之前采用的四速变速器相比大约可以使燃油经济性提高1~3%。更高的齿速比，比如用于一些豪华车的七速和八速变速器，以及某些车型采用的CVT技术，都可以帮助提高车辆的燃油经济性。
技术的协同效应
针对车辆燃油经济性还可以有多少改进的余地，通用公司的Clark给出了两点看法。首先，他认为在内燃机方面一些该做的工作都已经做了，但是“新的技术专利的申请也一直没有停止过”。
其次，虽然可以带来较大燃油经济性改进的技术性投资都局限于有限的高端车型中，不过每年汽车工程师们也都在努力降低这些技术应用的成本，将其拓展到更广的市场应用中。
Clark举例说，“混合动力车有制动能量再生功能。我们目前努力找到一种较经济的方式，将这种技术应用到传统的汽车上。虽然再生的能量很难做到像混合动力车那样多，但是成本方面不会很高，而且该技术也会成为标准配置。”
AVL公司Whitaker表示，混合动力车的起停系统也可以应用到传统车辆上。他还指出，除了努力开发一些独立的技术外，致力于提高车辆燃油经济性的汽车制造商还需要尽量创造不同技术之间的协同效应。
“有一些技术可以结合起来，并提供很好的协同效应，有一些结合起来却适得其反，”Whitaker说。“此外在不同市场还有区别，比如柴油技术在一个市场没有问题，但是在其他市场却未必如此。”
汽车专家认为，未来还会有很多新的机会，使车辆燃油经济性得到进一步的提高。“我认为未来我们会看到许多不同的技术整合在一起，”Whitaker表示。
在提高车辆燃油经济性所作的努力方面，汽车工程师一直处于车辆开发的最前沿。但是与普通消费者一样，他们的驾驶习惯也各不相同。有些工程师是经常开快车的人，他们每天在上下班的路上会经常将发动机的性能发挥到极致。而其他一些人，比如通用的Roger Clark，则是相对比较保守的一种人。他们只会在测试道路上使劲踩油门。
“在上下班来回的路上，我会比较注意节油，”通用能源中心高级经理Clark说。“但是如果是做车辆测试，就不会这样了。”
速度损害燃油效率
Clark表示汽车工程师通过仿真发现燃油经济性受不同因素的影响程度各不相同，比如车辆速度、加速情况、电子附件负荷以及乘客和货物负荷等。最后他们让不同的人驾驶了200辆同样的车型进行道路测试。结果却显示有些人的燃油经济性可以是其他人的两倍。本文中采访到的工程师表示驾驶者的燃油经济性差别大概在10~20%之间。 
福特公司的SmartGauge和EcoGuide功能可以提供实时信息，
帮助驾驶员维持较高的车辆燃油经济性。随着燃油经济性的变化，
绿叶数量会增加或减少。绿叶越多，燃油经济性越高。
造成不同驾驶者之间燃油经济性出现差别的原因有很多。Clark表示其中一个最大的因素就是驾驶速度。车辆空气阻力和车轮滚动阻力会随着车速的提升而增加。同样，发动机摩擦、变速器泵动损失、轴承和制动阻力、主减速器动力损失以及电子器件能量损失等也会随之增加。Clark指出，这些损失在车辆达到效率最高的转速后（一般车辆为30mph，约48km/h）会逐渐显现出来。
“风阻与车辆速度呈正比，但是发动机和变速器在负荷增加时反而会使其效率变得更高，”Clark说。当车速达到30mph时，各方达到了平衡。但是在此基础上车速每增加10mph（16km/h），一辆传统汽车的燃油经济性就会下降约4mpg（约1.7km/L）。这种损耗曲线在车速达到80mph（129km/h）时才会趋于水平。混合动力车对高速具有“相对较高的灵敏性”，车速每增加10mph，车辆燃油经济性就会下降约8mpg（约3.4km/L）。福特公司车辆燃油经济性技术专家David Woudstra表示，车辆空气阻力的上升对车辆燃油效率的影响也比较显著。粗略来说，车速在30mph时，燃油效率约下降10%，30~50mph时，约为20%，速度高于50mph时，约为40%。
Clark表示，当车速保持在70mph（113km/h）时，普通的中等尺寸车辆及小型车仅消耗发动机总性能的10~12%。对高性能车辆来说，这个比例范围为3~5%。
轻踩油门
不必要的和过度的加速也是非常耗油的。Clark 指出当车辆以40mph64k m / h）匀速行驶时，燃油效率大约为4 0 ~50mpg。但是当车辆平稳加速时（0 .1g，约0. 38L），燃油效率会迅速下降到10mpg（4.25km / L）。在怠速情况下，车辆消耗燃油的速度约为0.2g/s（0.76L/s），而在0.1g加速情况下，燃油消耗速度约为2到3g/s（11.36L）。
在节气门全开（WOT）情况下，燃油消耗的速度可以达到10g/s（37.85L/s）。Clark指出，一般驾驶者加速的量约为0.2g，不过大多数车辆可以达到0.5g的加速性能。
“任何一点的加速都会让发动机消耗大量的燃油，”Clark说。“这就是为什么要尽可能预判什么时候刹车以及什么时候滑行，因为这会对车辆油耗带来很大影响。让车辆加速起来需要很多燃油，即使一辆小型车。”
福特公司Woudstra指出，2010款福特Fusion车型采用了一台六速自动变速器以及2.5L四缸发动机。该车型燃油消耗速度为0.28 gal/h（1.06 L/h），节气门全开情况下为16.4 gal/h（62.1 L/h）。他说Fusion车型车速在40到45mph（64到72km/h）之间时燃油经济性达到最佳状态，主要的原因是在该速度范围内车辆处于轻巡航状态下时变速器档位位于六档上。“低速高档是最节油的，”他说。
福特公司高级工程师Steve Payne表示，福特自动变速器在换挡设计的时候首先考虑到了操控性。在福特车型上选择手动变速的人可以通过提前换挡来提高车辆的燃油经济性，但是会失去驾驭感。Payne还指出，加速率太低不利于燃油经济性，“因为这时候节流板基本是闭合的，尤其在火花点火发动机上，而在这种情况下发动机工作效率并不高。当然也只有在极端情况下才会如此，否则如果你开得太慢，后面的人也会狂按喇叭的。”
对混合动力车和电动车来说，驾驶者对燃油经济性的影响要比传统汽车更明显。对混合动力车来说，Woudstra解释道，急加速在内燃机运转模式下的反应时间要比在电动马达模式运转模式下的反应时间长，而后者的效率更高。
急刹车同样也会对各种电动车的燃油经济性带来负面的影响，因为制动能量回收系统所回收的能量是用来提高车辆的减速力的，同样也会浪费掉。在重刹车时，额外的减速力则需要来自刹车部件的摩擦力，而其中的能量也会以热量浪费掉。
气候的影响
一般的驾驶者完全没有必要矫枉过正，为了提高车辆燃油经济性而刻意放缓驾驶速度，或开得很小心。虽然以下做法可能并不会带来经济效益，而且也不现实，但是会影响车辆的燃油经济性：在气候比较适宜的地方开车。
就如同人一样，车辆也不喜欢极端的气候。在寒冷的气候中，HVAC风扇的频繁使用、车窗除霜、头灯的大量使用（因为夜晚比较长）、润滑剂粘度变高以及因为冰雪问题导致的轮胎滚动阻力的上升等等都会影响车辆的燃油经济性。对电动车来说，车厢供暖还要增加额外的能量消耗。
通用公司的Clark表示，在传统汽车上，燃油能量的15%转变成发动机冷却剂热量。这些热量在车内循环，为车厢提供暖气。对电动车来说，因为没有大量的废热可以利用，因此车厢内供暖将大量消耗电池的能量，当然车内制冷可能消耗的电量更高。
Clark还指出，如果重量相同，汽油含有的能量是电池的200倍。而电池在低温环境下的表现不好。“即使在30°C下，电池的效率也没有达到正常水平，”Clark说。但是他并没有给出详细的信息。
寒冷的气候会导致传统车辆燃油经济性下降10~20%，Clark继续说道，在特别冷的环境下这个比例甚至更高。在32°F（0°C）下，发动机摩擦力也会上升，大概是温暖环境下的两倍。在较热的气温中，空调的使用会消耗大量的燃油能量，对燃油经济性的影响可以达到20%之多。当然，这只是在空调处于运转时。
此外，车上电子电气功能的使用也会影响燃油经济性。Clark表示，平均来说，当一辆车的舒适性和便利性功能处于关闭状态，只有发动机控制单元、刹车灯和类似的功能开启时，电损耗大概为4%。
在冬季夜晚情况下，当车辆除霜系统、加热座椅、音响系统以及其他功能都开到最大时，电损耗可以达到15%。基本的音响电损耗为2%，带有超重低音喇叭的高级音响系统的电消耗可以达到4%，Clark指出。通用公司正在开发一种驾驶员辅助装置，可以显示任何时刻车辆上运行的附件负载的比例。该公司已经开发出了一种辅助设备，可以监控车辆行驶参数如加速情况，以此帮助驾驶员最大限度地提高燃油经济性。福特公司也推出了一种类似的驾驶员界面技术，称为SmartGauge，可以放置于仪表板中。
虽然汽车工程师并不需要一个仪表来决定他们的驾驶是否有利于燃油经济性，但是一般的驾驶者还是可以采用一些专家的意见的。因此提个醒也没什么坏处—即使对汽车工程师来说也是如此。
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/22/2010) |
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