选择节能轿车的考虑(2)

    上一篇文章最后提到“目前的轿车发动机一般采用多点式电喷燃油供给系统,混合气组成及燃油喷射都由电脑控制,加上发动机设计理论已经非常成熟,因此从结构上看,同排量发动机的燃油消耗的差别是不大的,尤其是低排量发动机更是如此。就算是发动机油耗差别20%,100公里里程最多不会超过1升汽油。那么,为什么感到一些车特别省油,一些车特别费油,这就引出了传动系匹配、车形和轮胎等诸问题了。”本文再就这些问题展开讨论。

    上篇提到衡量轿车省不省油的一个指标称为汽车“燃料经济性”。汽车传动系对燃料经济性的影响主要取决于传动系的效率、变速器档数和传动比。

    汽车传动系由离合器、变速器、传动轴、驱动桥及驱动轮组成。传动系的效率越高,则消耗的能量就越少,汽车的燃料经济性就越好。所谓传动效率就是指输出功率与输入功率之比,影响传动效率的主要原因是传动机构的类型、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润滑等,这些因素不但影响到汽车的燃料经济性,也影响到使用寿命。这些因素与汽车的设计与制造水平有直接关联。

    传动系的功率损失以变速器和驱动桥占绝大部分,其余部分较少,所以有人购买汽车特别注重变速器的品牌及生产厂家,是有充分道理的。

    在汽车传动系中,对燃料经济性影响最大的是变速器。汽油机负荷特性曲线的特征显示,发动机开始启动时ge(油耗率)最大,此时需要浓混合气,但随节气门逐渐开启负荷增大而ge减少直至最低点,此时节气门接近全开,继续开大节气门,ge又开始上升,曲线呈现一条内凹抛物线。根据发动机的负荷特性,当负荷率达到80-90%,发动机处于ge最低的经济工况。为了使得发动机经常能在经济工况工作,变速器的排挡越多越好。排挡多增加了驾驶的选择性∶或使发动机处于最大功率附近的转速运行,得到较好的动力性,或使发动机在最低燃油消耗附近的转速运行,得到较好的经济性。挡数多使得相邻之间挡位传动比的比值小,换挡容易并且滑顺,减少震颤感。挡数多的缺点是结构复杂,重量大,制造成本高,对于手动变速器而言,还有操纵困难的毛病。目前轿车的手动变速器多是5挡,极个别经济型车是4挡。自动变速器多是4挡,但有增加挡数的趋向,有些车巳采用五挡,并由电子模式控制。在电子传感器和电子开关提供输入参数的基础上,电脑可以精确按照汽车速度及负荷来设定变矩器的工作模式及变速器换挡顺序,以达到合理的燃料经济性。

    变速器增加挡数反映了改善汽车燃料经济性发展方向,如果挡数无限多即变成了无级变速,创造了在任何条件下使发动机在最经济工况下工作的可能性。因此无极变速能够提高汽车的燃油经济性,也就是比有级变速器省油。但是无级变速器对材质要求高,成本大,有一定的使用局限性。目前经济型车使用无极变速器有飞度、派力奥和旗云,高级轿车有奥迪。

    汽车轮胎对汽车的燃油经济性有直接的影响,减少轮胎的滚动阻力也可以提高汽车的燃油经济性。目前轿车都采用了子午线轮胎,减小了滚动阻力。但是,滚动阻力受车速影响很大,这是因为车速越高,轮胎的内部摩擦损失、胎冠局部滑移损失和驻波能量损失越厉害。例如当车速达到150公里以上,轮胎与路面接触点后的轮胎表面会出现波浪形的起伏变化,由于转速太快当变形来不及恢复又重新再变形,并由此迅速波及整个轮胎,这种现象称为“驻波”,出现驻波就会产生热量,使轮胎温度很快超过摄氏100度以上,使得橡胶强度降低,危及轮胎安全。所以,轮胎都有一个速度限制标准以防止出现驻波现象。在技术上,采用断面曲率半径大的轮胎,也就是一般所指的宽胎,有利于减少“驻波”提高车速。虽然宽胎与地面接触面大,看似滚动阻力大,但在相同的高车速情况下,宽胎反而比窄胎更有优势,这不单体现在行驶的稳定性上,也体现在防止“驻波”的能力上,相对而言更有利于汽车的燃油经济性。目前的轿车最高速度都在160公里/小时以上,所以轿车倾向采用175毫米以上的轮胎,多数中高级轿车采用205毫米以上的轮胎。但是,如果汽车经常在市区内行驶,速度受到限制,那么窄胎的经济性就会表现出来。

    就是说,轮胎对汽车耗能的影响主要由滚动阻力造成,滚动阻力因轮胎变形而增加,而轮胎变形又与车速有直接关系,因此轮胎对汽车耗能的影响要看车辆使用的环境。

    汽车重量,汽车工程学称为汽车质量,也是决定汽车行驶阻力的主要因素。汽车质量直接影响轮胎的滚动阻力,减少汽车质量可以明显地提高汽车的燃油经济性。早在30年前一项美国的统计表明,汽车总质量减少10%,燃油消耗会降低8.8%。通过降低汽车整备质量提高汽车的装载质量,是汽车企业提高汽车燃料经济性的方式。通常采用铝材、塑料、高强度钢材等新材料以降低汽车整备质量,同时通过车型结构设计提高负载能力。90年代出现的多功能厢体车(MPV)在一定的车长限制下可实现5-7个座位的安排,就是通过新的车型结构来提高负载能力的典型范例。

    但是,汽车质量不是越小越好。因为质量小在车辆高速行驶时容易引起发飘,碰撞时抵御冲击能力变差。一辆汽车的设计合理性要综合地看。一般认为,汽车的整备质量与装载质量之间的比值越高,说明汽车运行的燃油消耗成本越低。

    车形是对汽车能耗影响最大的部分。汽车一百年的发展历史,变化最大的就是车形,它的发展变化也表现了汽车设计界对空气动力学的不断认识与发展。空气阻力是一种力,因此有“空气阻力功率”,空气阻力功率随车速增加而增加。例如,如果轿车空气阻力系数0.30,当时速80公里时,空气阻力功率为4.6千瓦,当时速120公里,空气阻力功率就会升至16千瓦。

    空气阻力与汽车最大截面积A、空气阻力系数C和车速ν成正比关系,A、C和ν越大空气阻力也越大。轿车的A值计算方式≈0.9×轮距×高度。这也说明,轿车车身越小,空气阻力就越小,空气阻力越小汽车前进时克服阻力所消耗的动力也越小,耗油也随之减小。空气阻力系数C也与汽车最大截面积A成正比关系。因此,减小空气阻力的关键在于降低汽车最大截面积A。

    轿车车厢的尺寸越大,截面积就越大,这是一个常识问题。如果轿车车身的高度越大,轮距越大(车身宽度),那么截面积就越大,空气阻力就越大。因此,越大的车身尺寸,越宽敞的乘坐空间,其空气阻力就越大,油耗也相应增加。

    最近上市的一些新轿车以超大的乘坐空间作卖点,实际上要付出多耗油的代价。在这里特别指出的是,目前在中国市场上市的有一些轿车是以欧美市场为目标的车型移到中国生产,有些设计是否适宜中国市场值得商榷。欧美人身材比中国人高大,在欧美等国家1.8米以上高个子比比皆是,1.9米以上男子不罕见。在中国,多数身高是1.60米-1.75米之间。为当地生产销售的汽车应以当地多数男人(95%的男人)的身高为标准来设计汽车驾驶座椅及确定相关的空间尺寸,这是一个原则。有些在中国上市的车型,原车是以欧美市场为目标,它的设计以欧美人身材为标准。如果这类车型原封不动搬到中国生产和销售,对于绝大多数中国人而言,必然是“空间非常宽敞”。但是,这样既造成厢内空间资源的浪费,也相应增加了油耗。近年在合资企业生产的车型中,天津丰田生产的威驰是专门针对中国市场设计的轿车,因此车厢空间比较符合中国人的身材,车厢空间做得比较紧凑,头顶空间很小,因此也是最省油的一种轿车。

    上面所述的发动机、变速器、轮胎、重量和车型,都是汽车本身的“固态”,不管购车前后,不管何人何地使用都一样存在。但是,汽车省不省油还与驾驶者的驾驶技术、路面质量、燃油质量以及道路交通状况及汽车保养维护状况有关,而且关系很大。不过这是购车之后发生的事情,而且是因人因地因事而异,是一种动态变化。

车汇通
2005年8月23日

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